Un Misuratore di portata elettromagnetico, noto anche come misuratore di portata magnetico o magmeter, è un tipo di misuratore di portata utilizzato per determinare la portata di un liquido in un tubo. Questi dispositivi funzionano secondo la legge di Faraday sull'induzione elettromagnetica, secondo la quale quando un conduttore si muove attraverso un campo magnetico viene indotta una tensione.
In un misuratore di portata elettromagnetico, viene generato un campo magnetico che viene convogliato nel liquido che scorre attraverso il tubo, provocando la rilevazione di un segnale di tensione da parte degli elettrodi situati sulle pareti del tubo di flusso. La legge di Faraday afferma che la tensione generata è proporzionale al movimento del liquido che scorre. In caso il fluido si muova più velocemente, viene generata una tensione maggiore.
A differenza di molte altre tecnologie di misurazione della portata, i flussimetri elettromagnetici producono segnali lineari rispetto alla portata. Pertanto, il rapporto di turndown associato ai flussimetri magnetici può avvicinarsi a 20:1 o superiore, senza compromettere l'accuratezza.
Come funzionano i flussimetri elettromagnetici?
I flussimetri elettromagnetici, che vengono solitamente installati nei tubi, sono costituiti da un tubo con bobine che generano un campo magnetico ed elettrodi che rilevano la tensione indotta dal liquido in movimento. Quando un fluido conduttivo scorre attraverso un tubo di diametro (D) e attraverso un campo magnetico di densità (B) generato dalle bobine, la quantità di tensione (E) sviluppata tra gli elettrodi, come previsto dalla legge di Faraday, sarà proporzionale alla velocità (V) del liquido. Poiché la densità del campo magnetico e il diametro del tubo sono valori fissi, possono essere combinati in un fattore di calibrazione (K) e l'equazione si riduce a:
E = KV
Le differenze di velocità in diversi punti del profilo di flusso sono compensate da un fattore di ponderazione del segnale. La compensazione è fornita anche dalla forma delle bobine magnetiche, in modo che il flusso magnetico sia maggiore dove il fattore di ponderazione del segnale è più basso.
I produttori determinano il fattore K di ciascun misuratore magnetico mediante la calibrazione con acqua di ciascun tubo di flusso. Il valore K così ottenuto è valido per qualsiasi altro liquido conduttivo ed è lineare su tutta la gamma del flussimetro. Per questo motivo, i tubi di flusso sono solitamente calibrati a una sola velocità. I misuratori magnetici possono misurare il flusso in entrambe le direzioni, poiché l'inversione di direzione modifica la polarità ma non l'ampiezza del segnale.
Il valore K ottenuto dalla prova con acqua potrebbe non essere valido per i fluidi non newtoniani (con viscosità dipendente dalla velocità) o per i fanghi magnetici (quelli contenenti particelle magnetiche). Questi tipi di fluidi possono influenzare la densità del campo magnetico nel tubo. Per entrambi questi liquidi è necessario prendere in considerazione la calibrazione in linea e speciali progetti di compensazione.
Applicazioni comuni per i flussimetri elettromagnetici
I flussimetri elettromagnetici sono in grado di rilevare il flusso di liquidi e liquami puliti, multifase, sporchi, corrosivi, erosivi o viscosi, purché la loro conduttività superi la conduttività minima necessaria per il tipo di sonda specifico. Questi dispositivi sono ampiamente utilizzati in vari settori industriali grazie alla loro precisione, affidabilità e capacità di misurare il flusso di liquidi conduttivi senza parti mobili.
Alcune applicazioni chiave includono:
- Trattamento dell'acqua e delle acque reflue
- I flussimetri elettromagnetici eccellono nella gestione di acqua pulita, acque reflue non trattate, fanghi e sostanze chimiche utilizzate nei processi di trattamento.
- Offrono un'elevata accuratezza e nessuna caduta di pressione, caratteristiche essenziali per la gestione idrica municipale su larga scala.
- Poiché non hanno parti mobili, sono altamente resistenti ai detriti e alle particelle solide presenti nelle acque reflue.
- Trattamento chimico
- I misuratori magnetici possono misurare liquidi aggressivi e corrosivi, come acidi, alcali e altre soluzioni chimiche, senza subire danni.
- Sono disponibili con materiali lineari resistenti alla corrosione (ad es. PTFE, PFA) per resistere a sostanze chimiche aggressive.
- L'assenza di ostruzioni nel percorso del flusso significa che non si intasano né sono influenzati dalla sedimentazione.
- Industria alimentare e bevande
- Utilizzati per misurare latte, birra, succhi, sciroppi e altri liquidi alimentari che richiedono condizioni igieniche.
- I misuratori magnetici possono essere progettati con raccordi sanitari (ad es. in Acciaio inox) per soddisfare gli standard FDA ed EHEDG.
- Il loro design non intrusivo garantisce l'assenza di contaminazioni o interruzioni nel processo di produzione.
- Industria cartaria
- In grado di gestire fluidi ad alta viscosità e ricchi di fibre, come i fanghi di cellulosa e le soluzioni di rivestimento.
- L'assenza di parti mobili garantisce un'usura minima, anche in presenza di fanghi abrasivi.
- Fornisce misurazioni costanti nonostante le fluttuazioni nella densità e nella composizione del fluido.
- Estrazione mineraria e lavorazione dei minerali
- Utilizzato per misurare il flusso di fanghi minerali e fluidi abrasivi nelle operazioni di estrazione e raffinazione.
- La loro struttura robusta consente loro di resistere a condizioni ambientali difficili.
- L'assenza di usura meccanica causata da particelle abrasive garantisce affidabilità a lungo termine e bassa manutenzione.
- Produzione di energia (acqua di raffreddamento e acqua di alimentazione delle caldaie)
- Comunemente utilizzati nelle centrali termiche e nucleari per il monitoraggio delle portate dell'acqua di raffreddamento e dell'acqua di alimentazione.
- Sono in grado di gestire tubi di grandi dimensioni e forniscono misurazioni altamente accurate per il monitoraggio della portata e il calcolo dell'efficienza.
- L'assenza di parti mobili consente loro di funzionare in ambienti ad alta temperatura con una manutenzione minima.
- Farmaceutico e biotecnologia
- Utilizzati per la misurazione con elevata precisione della portata di acqua purificata, solventi e principi attivi farmaceutici.
- I misuratori elettromagnetici con design sterile e compatibilità CIP/SIP (clean-in-place/steam-in-place) sono ideali per le applicazioni farmaceutiche.
- La misurazione senza contatto garantisce la sterilità e la conformità alle normative del settore.
- Agricoltura e sistemi di irrigazione
- Ideali per monitorare il flusso di acqua, fertilizzanti e soluzioni pesticidi nei sistemi di irrigazione.
- Possono funzionare in sistemi a bassa pressione senza causare perdite di pressione significative.
- La loro lunga durata e la manutenzione minima li rendono convenienti per l'uso agricolo.
- Petrolio e gas (acqua prodotta e iniezione di salamoia)
- Utilizzati per monitorare l'acqua prodotta, l'iniezione di salamoia e il dosaggio di sostanze chimiche nelle operazioni a monte e a valle.
- La loro capacità di misurare fluidi conduttivi con elevata accuratezza li rende ideali per queste applicazioni.
- I tipi di sonda antideflagranti e classificati per aree pericolose garantiscono un funzionamento sicuro negli ambienti dei giacimenti petroliferi.
- Industria siderurgica e metallurgica
- Utilizzati per il monitoraggio del flusso dell'acqua di raffreddamento nelle operazioni di colata continua e laminazione.
- Fornisce letture accurate del flusso in ambienti ad alta temperatura senza guasti meccanici.
- È in grado di gestire acqua ricca di incrostazioni senza intasamenti o cali di prestazioni.
Precauzioni d'uso per i flussimetri magnetici
Non utilizzare un flussimetro magnetico in prossimità del suo limite di conduttività elettrica, poiché il flussimetro potrebbe spegnersi. Prevedere un margine per le variazioni della composizione e delle condizioni operative che possono modificare la conduttività elettrica del liquido.
Nelle applicazioni tipiche, i flussimetri magnetici sono dimensionati in modo tale che la velocità alla portata massima sia di circa 2-3 metri al secondo. I vincoli di pressione differenziale e/o le condizioni di processo possono impedire l'applicazione di questa linea guida generale. Ad esempio, le tubazioni alimentate per gravità possono richiedere un flussometro magnetico più grande per ridurre la caduta di pressione, in modo da consentire il passaggio della quantità di liquido richiesta attraverso il flussometro magnetico senza intasare il sistema di tubazioni. In questa applicazione, il funzionamento alla stessa portata nel flussometro più grande comporterà una velocità del liquido inferiore rispetto al flussometro più piccolo.
Per il servizio con fanghi, assicurarsi di dimensionare i flussimetri magnetici in modo che funzionino al di sopra della velocità alla quale i solidi si depositano (tipicamente 1 ft/sec), al fine di evitare il riempimento del tubo con solidi che possono influenzare la misurazione e potenzialmente arrestare il flusso. I flussimetri magnetici per servizi abrasivi sono solitamente dimensionati per funzionare a bassa velocità (tipicamente inferiore a 3 ft/sec) per ridurre l'usura. Nel servizio con fanghi abrasivi, il misuratore di portata dovrebbe funzionare al di sopra della velocità alla quale i solidi si depositano, nonostante l'aumento dell'usura. Questi problemi possono modificare la Range del misuratore di portata, quindi le sue dimensioni potrebbero essere diverse da quelle di un flusso equivalente di acqua pulita.
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