Articolo 1: Cosa sono le portate di liquidi basse?

Cosa hanno in comune i microreattori, la ricerca sui catalizzatori e il dosaggio di odorizzanti? Devono tutti gestire basse portate di liquidi. Nel settore delle misurazioni e dei controlli di portata, si distingue tra portate ‘alte’ e ‘basse’. Vediamo più in dettaglio il loro significato. Bronkhorst High-Tech è un affermato fornitore di misuratori e regolatori che rientrano nella categoria ‘bassa portata’. Passiamo ora a spiegare cosa intendiamo per ‘bassa portata di liquidi’.

Abbiamo preparato una serie di articoli per il blog contenenti consigli per il controllo della portata di liquidi. Oltre alla definizione di bassa portata e suggerimenti per la scelta del relativo misuratore, questi articoli forniscono anche consigli su layout di sistema, materiale di collegamento e sistemi di alimentazione dei liquidi. Le impostazioni di portata e le condizioni di processo raramente sono uguali, di conseguenza non esiste una stessa soluzione disponibile per tutti. Per poter fornire la migliore consulenza possibile è necessario avere informazioni approfondite sull’applicazione del cliente.

Cosa sono le portate di liquidi (ultra) basse?

La definizione di ‘bassa’ è arbitraria e dipende dall’ambito di attività. Nell’industria, le portate inferiori a 500 kg/h sono considerate basse, mentre la stessa definizione nel settore della ricerca è attribuita a portate inferiori a 100 g/h. I presenti articoli del blog si concentrano sulla gestione – ovvero misurazione e controllo – di portate di liquidi fino a 100 g/h  e su portate ultra basse, ovvero comprese nell’intervallo 0 – 5 g/h.

Per darvi un’idea, considerate una gocciolina d’acqua. Con un diametro tipico di mezzo centimetro, 100 g l’ora equivale a circa 2000 goccioline d’acqua per ora – un valore piuttosto basso. Inoltre 100 gocce corrispondono a 5 grammi da dosare in un’ora.

Strumenti accurati per la misurazione e il controllo di portate di liquidi basse hanno dato prova di poter essere impiegati in una vasta gamma di applicazioni. Per esempio:

• L’alimentazione di 100 g/h di olio da perforazione come agente lubrificante viene monitorata durante l’esecuzione di fori nella produzione di componenti per la fusoliera di aeromobili.
• Nell’ambito di R&S, una portata di etanolo liquido ultra bassa di 2 g/h viene fatta evaporare per generare un flusso di vapore di etanolo stabile come sorgente di carbonio per la produzione di grafene di alta qualità.
• Nello studio della catalisi ad alta pressione, le portate di liquidi basse per composti di idrocarburi devono essere dosate come una portata stabile, senza pulsazione.
• I microlaboratori su chip e altri dispositivi microfluidici nei settori farmaceutico e biotecnologico consentono di ridurre notevolmente il numero di prodotti chimici e la durata degli esperimenti rispetto ai mezzi tradizionali.
• L’odore tipico del gas naturale o biogas deriva da un “agente di avvertimento” che viene aggiunto artificialmente, iniettato continuamente in un piccole quantità come additivo liquido.

In tutti questi casi, la misurazione o il dosaggio della corretta quantità di liquido – né troppo né troppo poco – è fondamentale per la corretta esecuzione del processo interessato.

Dosaggio di lubrificante nella produzione di aeromobili.

Gas commerciale

Portata massica contro Portata volumetrica

Nel paragrafo precedente, la portata viene espressa in unità di massa, come grammi/ora o milligrammi/secondo. Molti utilizzatori, tuttavia, pensano e lavorano con unità di volume. Questo metodo va anche bene, almeno finché parliamo delle stesse condizioni di riferimento.

Perché scegliere un misuratore massico termico o ad effetto Coriolis per la misurazione delle micro portate?

In che modo una portata di liquido bassa inferiore a 100 g/h differisce da quelle ‘normali’ o elevate? Le applicazioni a portata (ultra) bassa coinvolgono fenomeni che non vengono riscontrati né sono rilevanti in portate più grandi. A causa della quantità (molto) piccola di liquido trasportato, le portate (ultra) basse sono talmente sensibili che anche i minimi disturbi nel processo o nelle condizioni ambientali possono avere un effetto enorme sulla loro stabilità. Di conseguenza, in questo caso l’influenza delle condizioni esterne sulla stabilità della portata, così come i mezzi per controllarle, svolgono un ruolo fondamentale. Per esempio, anche piccole perdite di gas o liquidi all’interno o all’esterno del processo hanno un influsso notevole sulla portata di liquido desiderata. Inoltre, qualsiasi ostruzione causata da particelle solide o contaminazioni nelle tubature di bassa portata del liquido ridurrà ovviamente quest’ultima in modo notevole, con effetti indesiderati. In particolare per il dosaggio con portata di liquidi bassa, pressioni instabili comporteranno portate instabili, come pure  variazioni nella pre-pressione, pulsazioni dovute a volumi eccessivi della corsa della pompa rispetto alla portata e dissoluzione del gas (aria pressurizzata) durante la pressurizzazione del liquido da dosare.

La conoscenza dell’applicazione e i fenomeni di trasporto fisico del processo sono essenziali per trattare la complessa questione della gestione della bassa portata. L’ottimizzazione della stabilità della portata e delle prestazioni dei sistemi di fluidi richiede una conoscenza approfondita delle caratteristiche dei fluidi e dei componenti del sistema in un’ampia serie di circostanze. Ogni componente utilizzato in un sistema di fluidi può influire sul comportamento di un fluido o interagire con altri componenti, specialmente quando si tratta di portate basse.

Soluzioni per prestazioni ottimali

Nella gamma di prodotti Bronkhorst, i misuratori e i regolatori di portata massica μ-FLOW e LIQUI-FLOW a base termica, e i dispositivi mini CORI-FLOWML120 e mini CORI-FLOW M12 a base Coriolis sono particolarmente adatti per applicazioni con portata di liquido (ultra) bassa. Nei casi in cui un misuratore di portata massico sia composto da un sensore che misura solo la portata del fluido, il regolatore di portata massico combina tale sensore con una valvola di controllo per controllare la portata del fluido.

I regolatori di portata vengono comunemente utilizzati per generare una portata stabile. Tuttavia, per avere prestazioni ottimali, è necessario molto più di un semplice regolatore di portata, per quanto eccellente. Bisogna, per esempio, assicurarsi che non vi siano perdite nella configurazione e utilizzare tubi di volume ridotto. Inoltre, in contenitori pressurizzati, si deve evitare l’uso di gas che si dissolve nel liquido oppure è necessario utilizzare mezzi per rimuovere questo gas. Nell’articolo successivo della serie del blog discuteremo di queste e altre questioni in modo più dettagliato, concentrandoci su consigli pratici per scegliere il giusto dispositivo a bassa portata.