MCA Strumentazione Industriale – Guida tecnica
Come funziona un misuratore di portata a ingranaggi ovali
Il principio a dislocamento positivo spiegato passo per passo: volumi parziali, giunto magnetico, slip e perché la viscosità migliora la misura
MCA Strumentazione Industriale – Guida tecnica
Il principio a dislocamento positivo spiegato passo per passo: volumi parziali, giunto magnetico, slip e perché la viscosità migliora la misura
Principio di funzionamento
Il misuratore a ingranaggi ovali appartiene alla famiglia dei misuratori volumetrici a dislocamento positivo. Invece di stimare la portata dalla velocità del liquido, isola e trasferisce porzioni di volume note e costanti. È una differenza concettuale che spiega tutti i suoi punti di forza: precisione alle basse portate, indipendenza dalla viscosità, nessun tratto rettilineo richiesto.
Questa guida spiega il meccanismo nel dettaglio, con i dati reali della tecnologia VEMMTEC. È il fondamento tecnico su cui si basano le scelte descritte nelle altre pagine del sito.
Le tecnologie di misura della portata si dividono in due grandi famiglie. Le inferenziali (elettromagnetico, ultrasuoni, turbina, vortex) deducono la portata da una grandezza correlata alla velocità del fluido. Le volumetriche a dislocamento positivo isolano fisicamente porzioni di volume note e le contano. L'ingranaggio ovale appartiene alla seconda famiglia: non stima, conta. Questa è la radice di tutte le sue caratteristiche, ed è spiegata in chiave comparativa nella guida confronto tra misuratori di portata.
Nella camera di misura calibrata ruotano due ingranaggi di forma ovale, ingranati tra loro e calettati a 90° uno rispetto all'altro. La differenza di pressione del liquido attraverso il misuratore li mette in rotazione. A ogni giro completo dei due ingranaggi vengono trasferiti dall'ingresso all'uscita quattro volumi parziali, la cui somma corrisponde esattamente al contenuto di una camera di misura. Quel contenuto di camera è l'unità di misura del volume.
Il liquido entra e mette in rotazione i due ingranaggi ovali. Tra il profilo di un ingranaggio e la parete della camera si forma un volume isolato e ben definito.
La rotazione trasporta il volume intrappolato dal lato ingresso al lato uscita, mentre l'altro ingranaggio ne forma uno nuovo. Il flusso resta continuo.
Un giro completo della coppia di ingranaggi trasferisce quattro volumi parziali, pari a un contenuto di camera. È la costante metrologica dello strumento.
Il ciclo si ripete identico a ogni rotazione, indipendentemente dalla velocità: a portata doppia gli ingranaggi girano più veloci, ma il volume per giro non cambia.
Il moto rotatorio degli ingranaggi non viene letto direttamente: è trasmesso ai gruppi successivi — indicatori a puntatore, contatori meccanici, generatori di impulsi — tramite un giunto magnetico. Questo disaccoppiamento ha due conseguenze importanti: isola ermeticamente la parte bagnata (il liquido di processo) dalla parte di lettura, e rende possibile la modularità del sistema, perché sullo stesso elemento di misura si possono montare gruppi di lettura diversi. È il principio costruttivo che sta alla base del sistema modulare serie WG.
Il volume totale è semplicemente il numero di rotazioni moltiplicato per il volume di un contenuto di camera. La portata istantanea si ricava dalla frequenza di rotazione: quanti volumi al minuto. Il segnale può essere fornito come treno di impulsi proporzionale al volume (uscita NAMUR, PNP o NPN, a uno o due canali) per l'elaborazione elettronica, oppure come totalizzazione meccanica per la lettura locale. Un eventuale riduttore di trasmissione (G10) o gruppo di correzione (GW) adatta il rapporto tra rotazioni e unità di volume indicata.
Nessuno strumento meccanico è perfetto: tra gli ingranaggi e la parete della camera esistono giochi minimi, e una piccola quantità di liquido vi trafila senza essere conteggiata. Questo trafilamento si chiama slip ed è l'errore intrinseco della tecnologia. La quantità di slip dipende fortemente dalla viscosità:
Un liquido a bassa viscosità (solventi leggeri, sotto 0,3 mPa·s) trafila più facilmente attraverso i giochi. Il campo di misura si restringe e la precisione peggiora leggermente.
Campo ridotto · precisione minoreUn liquido viscoso (oli, biodiesel) trafila pochissimo: il conteggio si avvicina al volume reale. Campo di misura ampio e precisione ai valori migliori.
Campo ampio · precisione massimaTutte le caratteristiche dell'ingranaggio ovale discendono logicamente dal principio a dislocamento positivo:
È un misuratore volumetrico a dislocamento positivo. Due ingranaggi di forma ovale, ingranati tra loro, ruotano in una camera di misura calibrata spinti dalla differenza di pressione del liquido. A ogni giro completo trasferiscono dall'ingresso all'uscita quattro volumi parziali, pari esattamente al contenuto di una camera di misura. Contando le rotazioni si ottiene il volume totale transitato.
Significa che lo strumento isola e trasferisce porzioni di volume note e costanti, misurando il liquido realmente spostato anziché dedurre la portata dalla velocità del flusso. È la differenza fondamentale rispetto alle tecnologie inferenziali (elettromagnetico, ultrasuoni, turbina) e la ragione per cui mantiene accuratezza alle basse portate e con liquidi viscosi.
Il moto rotatorio degli ingranaggi nella camera di misura viene trasmesso ai gruppi di lettura (indicatori, contatori) o ai generatori di impulsi tramite un giunto magnetico. Questo disaccoppiamento meccanico isola la parte bagnata dalla parte di lettura: rende possibile la modularità del sistema e la lettura senza alimentazione elettrica.
Lo slip è il piccolo trafilamento di liquido che passa attraverso i giochi meccanici tra ingranaggi e camera senza essere conteggiato. È l'errore intrinseco della tecnologia. Diminuisce all'aumentare della viscosità: per questo la precisione e il campo di misura migliorano con i liquidi viscosi e peggiorano con i liquidi molto fluidi.
Perché il misuratore non deduce la portata dal profilo di velocità del flusso, ma misura un volume fisico isolato meccanicamente. Le perturbazioni del flusso (curve, valvole) non alterano il volume intrappolato tra gli ingranaggi, quindi non sono richiesti tratti di calma a monte o a valle, a differenza delle tecnologie inferenziali.
MCA rappresenta VEMMTEC per il mercato italiano. Forniamo misuratori a ingranaggi ovali con consulenza tecnica sul principio di misura più adatto all'applicazione e assistenza in Lombardia, Veneto, Emilia-Romagna, Piemonte, Lazio e su tutto il territorio italiano.