Gestire portate di liquidi basse: Alimentazione di liquidi tramite una pompa

Nel settore delle misurazioni e dei controlli di portata, si distingue tra portate “alte” e “basse”. Vediamo più in dettaglio il loro significato. Bronkhorst fornisce regolatori e misuratori che rientrano nella categoria ‘bassa portata’. Sapete cosa significa ‘bassa portata’? Nella nostra serie di articoli del blog spieghiamo la differenza tra i due concetti e indichiamo consigli e accorgimenti per le configurazioni delle portate di liquidi basse.

Alimentazione di liquidi tramite una pompa

Una pressione di ingresso altamente stabile del regolatore è una condizione necessaria per una portata di liquido (ultra)bassa altrettanto stabile. Come si può leggere nell’Articolo 3 della nostra serie di articoli dal blog, la presenza di gas disciolto nel liquido è il problema principale da superare quando si utilizza un contenitore a pressione per generare una portata di liquido bassa e stabile. Se prevenire la dissoluzione del gas all’interno del liquido è fondamentale, utilizzare una pompa per generare la pressione in ingresso sarà la scelta ideale. Ed è di questo che tratta il quarto articolo della serie di articoli sulle basse portate pubblicato sul blog.

Misuratore di portata Coriolis con pompa

Una pompa è un dispositivo in grado di fornire una pressione o un flusso continuo, stabile e affidabile. Non permette l’introduzione di gas dissolto nel flusso del liquido in quanto l’azione meccanica della pompa stessa pone il liquido in pressione. Se la pompa preleva liquido da un contenitore separato e non in pressione, questo contenitore potrà essere riempito in qualsiasi momento senza interrompere il processo. Si consiglia di posizionare il contenitore allo stesso livello della pompa per evitare l’aspirazione del vuoto e il rischio di formazione di bolle di gas. Una valvola di intercettazione aggiuntiva dovrà impedire che il contenitore si svuoti spontaneamente all’interno della pompa. Assicurarsi che questa valvola sia installata in modo da non introdurre altri volumi morti in cui potrebbe accumularsi l’aria.

Quale tipo di pompa è consigliato?

È possibile utilizzare una pompa volumetrica, a ingranaggi o a pistoni, per fornire la pressione in ingresso necessaria al regolatore. In una pompa a ingranaggi, un volume definito di liquido presente tra i denti di bloccaggio degli ingranaggi rotanti viene spostato ripetutamente per generare un flusso, mentre in una pompa a pistoni il flusso del liquido viene generato a corse successive del pistone, che riempie e svuota un volume definito. In linea generale, sono preferibili le pompe di piccole dimensioni, in quanto una pompa dotata di un volume interno limitato riduce il tempo di riempimento e di svuotamento del sistema. Indipendentemente dal tipo di pompa scelto, assicurarsi che i materiali bagnati siano compatibili con il liquido lavorato. Dato che il volume di liquido definito spostato all’interno delle pompe ad ingranaggi è generalmente inferiore rispetto a quello delle pompe a pistoni, si consiglia di optare per la prima tipologia se si desidera un controllo della portata ragionevolmente stabile per portate di liquido basse. Tuttavia, le pompe ad ingranaggi sono limitate a una pressione d’esercizio massima compresa tra 10 e 15 bar. Le pompe a pistoni sono in grado di tollerare pressioni maggiori, da diverse decine fino a oltre 100 bar, che rappresentano le condizioni di processo più frequenti nelle applicazioni a portate basse.

Le pompe a pistoni doppi che utilizziamo in Bronkhorst sono sfasate di 180°, in modo da garantire una pressione/portata estremamente stabile, fondamentale nella serie a portate basse.
Tuttavia, l’accuratezza dipende dal processo applicativo del cliente. La quantità di liquido necessaria viene dosata con cura ma, a causa del principio di pompaggio, viene dosata sotto forma di brevi impulsi. Una volta che il volume di processo sarà sufficientemente ampio, la capacità di miscelazione sarà tale da uniformare gli impulsi. Tuttavia, se si desidera un dosaggio distribuito in maniera uniforme in pochi secondi, la configurazione con pompa ad ingranaggi potrebbe essere la scelta ideale rispetto a una a pistoni.

Utilizzo dei misuratori di portata massica con pompa per cicli di controllo

I misuratori di portata massica, in particolare quelli basati su Coriolis, sono ideali per l’utilizzo combinato con pompe per definire il ciclo di controllo necessario a ottenere una portata bassa e stabile. Un altro metodo di creazione di una portata bassa e stabile prevede l’utilizzo di regolatore di pressione. In questo caso, la velocità della pompa viene controllata da un regolatore di pressione (EL-PRESS) in modo da garantire una pressione in ingresso stabile e costante. Allo stesso tempo, la portata viene regolata tramite una valvola di controllo azionata da un misuratore di portata come il mini CORI-FLOW ML120 di Bronkhorst.

Configurazione con regolazione della pressione

Configurazione a regolazione diretta

Per molte applicazioni a portata bassa, non è necessario che la configurazione del circuito di controllo sia complessa come quella combinata di portata e pressione illustrata sopra. Il modo più diretto per utilizzare una pompa per la generazione di una portata di liquido è di prelevare il liquido da un contenitore e regolare la velocità della pompa utilizzando il segnale di controllo del misuratore di portata. In pratica, la configurazione “a regolazione diretta” è stata applicata per il dosaggio stabile di basse portate di liquido di composti di idrocarburi senza impulsi per la catalisi ad alta pressione.

Per un controllo uniforme e una portata stabile in tutto l’intervallo, è possibile integrare una linea di bypass all’interno della configurazione a regolazione diretta con un dispositivo regolabile, generalmente una valvola a spillo. Utilizzando il metodo con bypass, la velocità della pompa aumenterà, offrendo un controllo più stabile della pressione/portata e permettendo di utilizzare la pompa a un setpoint più efficiente e stabile per una portata di liquido più uniforme.

Configurazione con bypass

Non perdetevi l’articolo 5!

Nel prossimo e ultimo articolo 5 della serie, ci concentreremo su come prevenire o risolvere gli effetti generati dalle condizioni esterne. L’articolo 5 verrà pubblicato prossimamente.
Gli articoli precedenti sono disponibili qui:

• Articolo 1 “Cosa sono le portate di liquidi basse?”: in questo articolo spieghiamo cosa sono le portate di liquidi (ultra) basse, descriviamo i problemi che possono presentarsi e forniamo soluzioni per avere prestazioni ottimali.
• Articolo 2 “Consigli for la scelta del misuratore di portata”: in questo articolo del blog, forniamo consigli sulle modalità per ottimizzare la stabilità e le prestazioni del vostro sistema e diamo raccomandazioni sul dimensionamento, sulla scelta del materiale e sulle migliori pratiche.
• Articolo 3 “Alimentazione di liquidi tramite un contenitore a pressione”: in questo articolo del blog, descriviamo due metodi idonei per garantire una pressione di ingresso stabile per il sistema del liquido: utilizzando un contenitore a pressione o una pompa.