APPLICAZIONE · PORTATA CLAMP-ON

Come si misura ciò che scorre dentro una tubazione senza entrare nella tubazione?

Due trasduttori appoggiati all'esterno possono ricavare la velocità del liquido facendo attraversare gli ultrasuoni alla parete del tubo e al fluido. Nessun foro, nessuna parte bagnata, nessuna perdita di carico. Ma proprio perché il misuratore non vede direttamente il liquido, tubazione, installazione e profilo di velocità diventano parte della misura.

Clamp-onUltrasuoniTransit-timeDopplerZero pressure lossRetrofit
IL PARADOSSO

Misurare dentro
restando fuori.

Il segnale deve attraversare accoppiamento, parete, eventuale liner e liquido prima di tornare a raccontarci quanto velocemente scorre il processo.

tempo→velocità→portata
Δtdifferenza di tempo
vvelocità
Asezione tubo
Qportata
0parti bagnate
PRIMA STRANEZZA

Controcorrente il suono impiega più tempo. A favore di corrente, meno.

Nel metodo transit-time due trasduttori si scambiano impulsi ultrasonici lungo un percorso obliquo. Il moto del liquido modifica leggermente il tempo di propagazione nelle due direzioni. È questa piccola differenza, non un organo meccanico immerso nel fluido, a contenere l'informazione sulla velocità.

DOWNSTREAM

Il flusso “aiuta” il segnale

Il tempo di transito nella direzione del moto risulta leggermente più breve.

UPSTREAM

Il flusso “contrasta” il segnale

Nella direzione opposta il tempo di transito risulta leggermente più lungo.

LA MISURA

Non misuriamo litri. Misuriamo prima una differenza di tempo.

Da Δt si ricava una velocità lungo il cammino acustico; da questa, con geometria e modello del profilo, si determina la portata.

SECONDA STRANEZZA

Il tubo, che normalmente contiene la misura, qui diventa parte dello strumento.

Nel clamp-on l'ultrasuono deve attraversare materiali che un misuratore in-line non incontra nello stesso modo. Diametro esterno, spessore, materiale, liner e qualità dell'accoppiamento influenzano il percorso acustico e quindi devono essere conosciuti o determinati correttamente.

Accoppiamento

Il trasduttore deve trasferire energia acustica alla parete senza un'interfaccia d'aria indesiderata.

Parete

Materiale e spessore determinano parte del percorso e della rifrazione.

Liner

Un rivestimento interno aggiunge un altro materiale che il segnale deve attraversare.

Fluido

Solo dopo questi strati il segnale attraversa il mezzo di cui vogliamo conoscere la portata.

IL PERCORSO ACUSTICO

La distanza fra i due sensori non è un dettaglio di montaggio.

La geometria del percorso dipende da diametro, spessore della parete, proprietà acustiche dei materiali e configurazione scelta. Una posizione errata dei trasduttori modifica il cammino che il sistema presume di misurare.

geometria tubo+proprietà acustiche→ spacing
CONSEGUENZA

Il clamp-on è non invasivo, non “senza installazione”.

La qualità del montaggio esterno sostituisce parte delle criticità meccaniche tipiche di un misuratore in-line.

TERZA STRANEZZA

Una bolla può essere un disturbo per un principio e contemporaneamente fornire informazione a un altro.

Bolle, solidi sospesi, depositi e forti attenuazioni possono rendere più difficile un transit-time convenzionale. Alcune discontinuità, però, possono diventare riflettori utili per una misura Doppler.

TRANSIT-TIME

Seguire il tempo del suono

Utilizza la differenza dei tempi di propagazione nelle due direzioni.

DOPPLER

Seguire ciò che riflette il suono

Elementi riflettenti in movimento possono produrre uno shift di frequenza collegato alla loro velocità.

DAL SUONO ALLA PORTATA

Il sensore attraversa una linea. La portata attraversa un'intera area.

La velocità ricavata dal percorso ultrasonico non è automaticamente la velocità media dell'intera sezione. Occorre passare dall'informazione lungo il cammino alla media areale necessaria per Q = v̄ × A.

percorso acusticovpath→ profilo →v̄ × A = Q
Il clamp-on non “conta” direttamente il volume. Ricostruisce la portata a partire dalla velocità osservata acusticamente e dalla geometria della tubazione.
QUARTA STRANEZZA

Il punto più comodo per montare i sensori può essere il punto peggiore per misurare.

Curve, pompe, valvole, riduzioni e altre perturbazioni deformano il profilo di velocità e possono introdurre swirl o componenti trasversali. Il tubo esterno può apparire perfettamente uniforme mentre all'interno il campo di velocità è fortemente asimmetrico.

Gli studi metrologici sugli ultrasonici mostrano quanto gli effetti d'installazione e i profili non ideali possano modificare la risposta del misuratore. Per questo i tratti rettilinei e la scelta della posizione fanno parte dell'incertezza reale della misura.

FUORI È TUTTO FERMO

Dentro il tubo il flusso può essere inclinato, ruotare o concentrarsi su un lato.

Il vantaggio di poter installare dall'esterno non significa che ogni posizione abbia lo stesso valore metrologico.

PERCHÉ CLAMP-ON?

Il vero vantaggio non è soltanto evitare un foro.

RetrofitAggiungere una misura su una linea esistente senza inserire un corpo misuratore nel processo.Riduce le modifiche meccaniche alla tubazione.
Processo continuoInstallazione esterna senza interrompere il processo secondo la configurazione prevista dal costruttore.Interessante dove il fermo è costoso.
Zero pressure lossNessuna ostruzione introdotta nel flusso dal sensore clamp-on.La misura non crea una propria perdita di carico nel fluido.
Nessuna parte bagnataIl sensore resta all'esterno della linea.Compatibilità chimica e contaminazione assumono un significato diverso.
UN ALTRO PARADOSSO

Non toccare il fluido elimina alcuni problemi, ma rende più importanti informazioni che prima potevamo ignorare.

In-line

Il misuratore conosce direttamente il proprio diametro interno e la propria geometria.

Clamp-on

Il sistema deve conoscere correttamente la tubazione sulla quale viene montato.

Risultato

OD, wall thickness, materiale e liner diventano dati metrologici, non semplici dati meccanici.

SOLO ORA: HIKMICRO FU00

Due principi per adattarsi a condizioni acustiche differenti.

La serie HIKMICRO FU00 è un misuratore ultrasonico clamp-on installato all'esterno della tubazione. HIKMICRO dichiara misura non a contatto, nessuna necessità di interrompere il processo e nessuna perdita di pressione introdotta dal misuratore.

Un elemento distintivo è la commutazione adattiva fra metodo della differenza di tempo e metodo Doppler. La documentazione HIKMICRO indica inoltre misura bidirezionale, configurazione Bluetooth e valutazione automatica della qualità del punto d'installazione.

Transit-timeDopplerBidirectionalBluetoothInstallation evaluation
PRESTAZIONE DICHIARATA

Fino a ±0,5% su acqua nelle condizioni specificate dal costruttore.

Il flyer HIKMICRO indica ±0,5% su acqua a velocità di 1–10 m/s e ripetibilità ≤0,1%. È una prestazione dichiarata nelle relative condizioni, non un'accuratezza universale per qualsiasi tubo, fluido o installazione.

DOVE PUÒ ESSERE PARTICOLARMENTE INTERESSANTE

La domanda commerciale diventa: “possiamo misurarlo senza modificare la linea?”

Acqua industrialeCooling water, utility, distribuzione e bilanci.Retrofit su reti esistenti.
Acqua grezza / refluaLiquidi nei quali le condizioni acustiche possono variare.La disponibilità dei due principi amplia le condizioni affrontabili.
Energy monitoringPortata come base per bilanci termici e consumi.Utile quando non si vuole intervenire meccanicamente sulla linea.
Verifica / retrofitAggiungere o controllare una misura su una linea esistente.Il concetto clamp-on riduce l'invasività dell'intervento.
INTEGRAZIONE BAGGI

Per il clamp-on, prima dello strumento dobbiamo conoscere il tubo.

Baggi può verificare applicazione, geometria, materiale, liner, condizioni del liquido, posizione disponibile, perturbazioni a monte e a valle e obiettivo della misura prima di definire sensori e configurazione.

1 · Tubazione

OD, spessore, materiale, liner e stato superficiale.

2 · Fluido

Tipo di liquido, T, bolle, solidi e condizioni operative.

3 · Idraulica

Portata, velocità, curve, pompe, valvole e tratti rettilinei.

4 · Misura

Totalizzazione, 4–20 mA, comunicazione e integrazione PLC/DCS.

PRIMA DELLA RICHIESTA D'OFFERTA

“DN100, acqua” non è ancora una specifica clamp-on.

Dato Perché serve
Diametro esterno e spessore Definiscono geometria e percorso acustico.
Materiale tubo e liner Influenzano propagazione e attenuazione del segnale.
Liquido e temperatura Determinano proprietà acustiche e campo applicativo.
Bolle / solidi Possono modificare il comportamento dei diversi principi ultrasonici.
Portata min-norm-max Permette di verificare velocità e campo operativo reale.
Curve, pompe, valvole vicine Servono a valutare profilo, swirl e posizione di installazione.
FAQ TECNICA

Quattro domande prima di stringere i trasduttori sul tubo.

Sì. I trasduttori sono montati sulla superficie esterna della tubazione; il segnale ultrasonico attraversa parete e fluido senza parti bagnate del sensore.
Non con la stessa qualità metrologica. Curve, pompe, valvole e riduzioni possono deformare il profilo; la posizione deve essere valutata secondo applicazione e indicazioni del costruttore.
Perché il segnale attraversa la parete prima del liquido. Spessore e materiale contribuiscono alla geometria e ai tempi del percorso acustico.
No. Il transit-time utilizza la differenza dei tempi di propagazione; il Doppler utilizza lo shift di frequenza prodotto da elementi riflettenti in movimento.
FONTI E APPROFONDIMENTI

Misurare dall'esterno richiede conoscere ciò che accade all'interno.

  • HIKMICRO — FU00 Series Clamp-on Ultrasonic Flow Meter, specifiche, flyer e manuale.
  • NIST — studi sulla tecnologia ultrasonic travel-time e sugli effetti del profilo di velocità.
  • NIST — studi su swirl, cross-flow e condizioni d'installazione dei misuratori ultrasonici.
  • Letteratura di metrologia della portata — relazione fra velocità lungo il percorso acustico e velocità media di sezione.
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BAGGI · HIKMICRO FU00

Prima di scegliere il misuratore, guardiamo il tubo dall'esterno e il flusso dall'interno.

Diametro, spessore, materiale, liner, liquido e posizione d'installazione permettono di verificare se e come realizzare una misura clamp-on affidabile.