Misuratori di portata a canale aperto

Funzionamento dei misuratori di portata a canale aperto

La portata volumetrica esprime il volume di fluido che attraversa una determinata sezione nell’unità di tempo e può essere indicata, ad esempio, in m³/h, m³/s o l/s. In una tubazione completamente piena la sezione attraversata dal liquido è definita dal diametro interno- In un canale aperto o in una condotta parzialmente piena, invece, è presente una superficie libera e la sezione bagnata varia in funzione del livello.

Nelle misure di flusso in canale aperto è quindi necessario mettere in relazione le caratteristiche geometriche della sezione con il comportamento del fluido. Nei sistemi area-velocità, la velocità del fluido viene combinata con l’area della sezione bagnata: il livello consente di ricostruire l’area effettivamente occupata dal liquido sulla base della geometria configurata. In altri sistemi, il livello viene misurato in corrispondenza di una sezione idraulica dalle caratteristiche note e convertito in un valore di portata.

La geometria del canale è parte integrante della misura. Una sezione circolare, rettangolare o irregolare richiede parametri differenti, così come cambiano le condizioni di installazione in presenza di tratti non rettilinei, ostacoli, vortici o variazioni della sezione. Principio di misura, posizione del sensore e configurazione devono quindi essere coerenti con il punto in cui viene effettuato il monitoraggio.

Tecnologie per la misura della portata in canali aperti

Per la misura in canali aperti mettiamo a disposizione misuratori di portata basati su tecnologie differenti: sistemi radar senza contatto, strumenti a ultrasuoni con principio area-velocità e modellatori idraulici che sfruttano una relazione nota tra livello e geometria. La scelta varia in funzione del canale, del fluido e delle condizioni di installazione, ma l’obiettivo rimane lo stesso: trasformare livello e velocità, o il comportamento idraulico della sezione, in un dato di portata utilizzabile per il controllo del processo.

Misuratori di portata radar senza contatto

Nei sistemi radar il sensore viene installato al di sopra del flusso e può effettuare la misura senza contatto con il liquido. Il RIF970 combina la misura radar della velocità superficiale, basata sull’effetto Doppler, con la rilevazione del livello; questi dati, associati alla geometria della sezione, permettono di calcolare la portata del canale.

La misura senza contatto è particolarmente utile quando l’installazione di un sensore immerso risulta poco pratica o quando detriti, sedimenti o materiali trasportati dal flusso possono interferire con un dispositivo esposto direttamente al liquido.

Misuratori a ultrasuoni e tecnologia area-velocità

La tecnologia area-velocità determina la portata combinando la velocità del fluido con l’area della sezione attraversata. Il livello permette di calcolare la sezione bagnata a partire dalla geometria impostata, mentre la velocità viene rilevata attraverso il principio Doppler.

RIF940 utilizza un sensore a ultrasuoni installato sul letto del canale e misura velocità e livello del liquido. AVFM6.1 impiega a sua volta un sensore a ultrasuoni sommerso per il monitoraggio continuo di queste grandezze e può essere configurato anche con velocità sommersa e sensore di livello a ultrasuoni senza contatto nelle applicazioni con fluido fortemente aerato o con elevata concentrazione di solidi sospesi.

La presenza di un sensore immerso rende particolarmente importante valutare le condizioni del fluido e del punto di installazione. Sedimenti, depositi, turbolenze e caratteristiche della sezione possono infatti incidere sulla qualità della misura e sulla gestione dello strumento nel tempo.

Canali Venturi e Palmer-Bowlus

Nei sistemi basati su modellatori idraulici la portata viene ricavata a partire da una geometria conosciuta. Il restringimento della sezione modifica il livello del liquido secondo una relazione definita dalle caratteristiche del modellatore; la misura del livello può quindi essere convertita in valore di portata.

Tra le configurazioni disponibili, Palmer-Bowlus è destinato alle condotte parzialmente piene a sezione circolare, mentre il sistema Venturi è progettato per applicazioni con sezione rettangolare. 

Come scegliere un misuratore di portata per canali aperti

Un misuratore di portata per canali aperti deve essere definito a partire dalle condizioni reali della sezione di misura. Geometria del canale, caratteristiche del flusso e del liquido, integrazione con i sistemi di controllo e modalità di installazione sono gli elementi principali da considerare. Puoi affidarti alla consulenza tecnica Riels per individuare la configurazione più adatta alle tue esigenze.

> Tipologia e geometria del canale: canali aperti, corsi d’acqua e condotte parzialmente piene possono avere sezioni circolari, rettangolari o irregolari. Dimensioni, forma e presenza di eventuali modellatori idraulici incidono sulla configurazione del sistema di misura.

> Condizioni di flusso: range di livello, velocità minima e massima, variazioni di portata, turbolenze, vortici, ostacoli e sedimenti sono fattori da considerare per definire correttamente il punto di misura.

> Caratteristiche del liquido: la misura può riguardare acque pulite, acque reflue, liquidi industriali e flussi con solidi sospesi, fanghi o detriti. In base alle condizioni, è possibile valutare soluzioni con sensore immerso o tecnologie senza contatto.

> Integrazione con sistemi di controllo: i misuratori possono essere collegati a PLC, sistemi SCADA, datalogger o piattaforme di acquisizione dati. RIF940 dispone di uscite analogiche e digitali; AVFM6.1 prevede uscite 4-20 mA, relè e Modbus RTU opzionale; RIF970 comunica tramite RS-232/RS-485 con protocollo Modbus RTU. Sono disponibili anche configurazioni Palmer-Bowlus e Venturi con Modbus, impulsi, uscita analogica e registrazione delle portate.

> Manutenzione e diagnostica: nei sistemi immersi è importante controllare la presenza di depositi, incrostazioni o ostruzioni, mentre le soluzioni senza contatto riducono l’esposizione diretta al fluido e possono semplificare la gestione del punto di misura.

Applicazioni dei misuratori di portata a canale aperto

I misuratori di portata a canale aperto trovano applicazione in numerosi contesti legati alla gestione e al monitoraggio dei flussi, dalle reti idriche e infrastrutture idrauliche al trattamento delle acque e agli impianti di depurazione. Sono utilizzati anche per scarichi industriali, collettori parzialmente pieni, canali di irrigazione e sistemi di distribuzione delle acque, oltre che per il controllo di fiumi, corsi d’acqua e reti di drenaggio. Le diverse tecnologie disponibili consentono di adattare la misura a sezioni variabili, presenza di solidi o sedimenti e condizioni di flusso differenti.

Vantaggi e accuratezza dei misuratori a canale aperto Riels

I misuratori di portata a canale aperto Riels uniscono precisione, versatilità e affidabilità, con soluzioni basate su diversi principi di misura e configurazioni a contatto o senza contatto. La gamma consente di rispondere a differenti esigenze applicative e, a seconda del modello, di monitorare livello, velocità e portata integrando i dati nei sistemi di supervisione, registrazione e controllo del processo.

Riels opera dal 1967 nella strumentazione per il controllo di processo e l’automazione industriale, affiancando alla gamma di strumenti servizi di supporto, taratura, collaudo e messa in servizio. Il sistema di qualità è conforme alla UNI EN ISO 9001:2015.

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FAQ

Qual è la differenza tra un canale aperto e una condotta parzialmente piena?

Entrambi presentano una superficie libera del liquido. In un canale aperto la sezione di scorrimento è esposta all’atmosfera, mentre una condotta parzialmente piena è una tubazione nella quale il liquido non occupa l’intera sezione interna.

Quali tecnologie si possono utilizzare per misurare la portata in un canale aperto?

Tra le tecnologie disponibili rientrano radar senza contatto, ultrasuoni con principio area-velocità e sistemi basati su modellatori idraulici come Venturi e Palmer-Bowlus. La scelta dipende da geometria, caratteristiche del fluido e condizioni di installazione.

Quando scegliere un misuratore a ultrasuoni o area-velocità?

Questi sistemi determinano la portata combinando la velocità del fluido con l’area della sezione bagnata, ricavata dal livello e dalla geometria configurata. La loro idoneità va valutata in relazione al canale, al liquido e al punto di installazione.

È possibile misurare la portata di acque reflue o con solidi sospesi?

Sì. Diverse tecnologie possono essere impiegate su acque reflue e fluidi con solidi sospesi, ma quantità e caratteristiche di solidi, sedimenti, fanghi o detriti incidono sulla scelta del principio di misura e sul tipo di installazione.

È possibile monitorare i dati da remoto?

Alcuni sistemi possono essere collegati a strumenti di acquisizione, datalogger e reti di controllo. Protocolli di comunicazione e funzioni di monitoraggio dipendono però dal modello e dalla configurazione scelta.

Quali fattori possono influenzare l’accuratezza della misura?

Tra i fattori principali rientrano geometria del canale, configurazione della sezione, turbolenze, vortici, ostacoli, sedimenti, variazioni del flusso e corretto posizionamento del sensore.

Che manutenzione richiedono?

La manutenzione varia in funzione della tecnologia. I sensori immersi possono richiedere controlli legati a depositi, incrostazioni o ostruzioni, mentre i sistemi senza contatto riducono l’esposizione diretta al fluido. Restano importanti verifiche periodiche del punto di misura, della configurazione e delle condizioni di installazione.