Alimentazione di liquidi tramite un contenitore a pressione

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.

Potete leggere i precedenti articoli già pubblicati 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.

Alimentazione di liquidi – una portata di liquidi bassa stabile

Come indicato nel precedente articolo, in cui abbiamo fornito consigli su come scegliere il regolatore o il misuratore di portata giusto, è necessario avere una pressione di ingresso del regolatore altamente stabile per ottenere una portata di liquido bassa stabile. Un gas, che può essere un mezzo compressibile, può avere un effetto ammortizzante stabilizzando la pressione di un sistema, mentre un liquido non è molto resiliente. I regolatori di portata Bronkhorst sono in grado di neutralizzare in una certa misura le fluttuazioni di pressione, tuttavia rapidi cambiamenti nella pressione di ingresso possono destabilizzare la portata.

In generale, si può scegliere tra due metodi con due strumenti diversi: un contenitore a pressione in cui viene utilizzato il gas per pressurizzare il liquido o una pompa. Indipendente dalla scelta del metodo, si tratta di prendere una decisione pratica sulla base dell’infrastruttura disponibile presso il sito del cliente.
Contenitore a pressione
Un contenitore a pressione rappresenta un’opzione relativamente sicura che non richiede elettricità o parti in movimento, caratteristica vantaggiosa per alcuni liquidi volatili. Le bolle di gas disciolte nel liquido hanno però un effetto negativo sulla stabilità della portata.

Pompa

Usando la pompa, in linea di principio, non esiste un contatto diretto tra gas e liquido, e questo aspetto costituisce un vantaggio. Questo significa che nessun gas potrà dissolversi e che la pompa potrà essere utilizzata in maniera continua. Le sue parti mobili, però, la rendono sensibile all’usura e sono spesso più costose dei contenitori a pressione.

Pompa combinata con un misuratore di portata volumetrico a ultrasuoni ES-FLOW

Spesso si tratta di trovare un equilibrio tra il volume di liquido da dosare, la pressione e l’applicazione. In un laboratorio di ricerca, per esempio, può essere disponibile gas elio da usare ai fini della pressurizzazione, mentre in un ambiente di produzione è necessario trovare un’altra soluzione, generalmente controllata da una pompa. Per maggiori dettagli sull’uso di una pompa per fornire una pressione di ingresso stabile, leggere l’articolo 4 di questa serie del blog.

Come gestire il gas dissolto?

Quando si utilizza un recipiente a pressione, la sfida principale è ridurre al minimo la dissoluzione del gas nel liquido da trattare. Meno gas viene a contatto con il liquido, meglio è. La legge di Henry stabilisce che la quantità di gas disciolto in un liquido è proporzionale alla pressione del gas che è a diretto contatto con il liquido. Questo concetto comporta implicazioni di tipo pratico. Il gas utilizzato per pressurizzare il liquido, e che vi è stato disciolto ad alta pressione, verrà rilasciato sotto forma di bolle a una pressione inferiore più a valle nel processo. Si tratta di un fenomeno solitamente indesiderato. Inoltre, la solubilità di un gas in un liquido diminuisce all’aumentare della temperatura. Di conseguenza, un aumento della temperatura del liquido trattato provocherà anche il rilascio di bolle di gas.

A questo proposito, si raccomanda di mantenere al minimo il calo di pressione e temperatura lungo il percorso del liquido.

Consiglio n. 1: Impiego di un contenitore a pressione

Se si utilizza gas per pressurizzare il liquido, è importante impedire al gas di entrare in diretto contatto con il liquido. Per esempio, utilizzare un contenitore a pressione con una membrana che separa fisicamente il liquido dal gas in pressurizzazione, in modo simile al vaso di espansione utilizzato nel sistema di riscaldamento centralizzato domestico.

Consiglio n. 2: Applicare gas a bassa solubilità

Se è necessario o inevitabile che il gas in pressurizzazione entri in contatto diretto con il liquido, esistono alcune soluzioni. Per esempio: applicare gas a bassa solubilità. L’elio rappresenta in genere la scelta migliore per i liquidi a base acquosa, seguito dall’azoto. Se possibile, applicare al liquido la pressione più bassa possibile. Questa operazione ovviamente dipende dalla pressione operativa dell’applicazione. A questo proposito, potrebbe essere utile posizionare il contenitore del liquido notevolmente più in alto rispetto al regolatore di portata, per consentire alla gravità di agire rendendo quindi necessaria una pressione del gas inferiore.

Consiglio n. 3: Usare un degassatore

Come ultima ipotesi, per rimuovere il gas dal liquido utilizzare un degassatore. Si tratta di un dispositivo con un tubo poroso sulla cui parte esterna viene applicato del vuoto, provocando la fuoriuscita delle bolle di gas dal liquido contenuto al suo interno. I degassatori standard funzionano bene con liquidi acquosi. Per portate di liquidi basse inferiori a 50 g/h, e a seconda del tipo di applicazione, si consiglia di utilizzare un degassatore nei casi in cui la stabilità e l’accuratezza massima sono fondamentali e se è necessario eliminare i disturbi generati dalle bolle di gas. Un degassatore è considerato un’opzione costosa, ma se si dispone di un’applicazione di fascia alta, si deve cercare la migliore soluzione disponibile. Per usare una metafora automobilistica, non si acquistano pneumatici da 25 euro per un’auto da corsa molto costosa no?

Consiglio n. 4: Scarico della pressione o serbatoio tampone

Se le fluttuazioni della pressione di ingresso nella configurazione del contenitore a pressione sono troppo veloci per consentire al regolatore di portata di eseguire la compensazione, esistono alcune soluzioni. La presenza di uno scarico della pressione o un serbatoio tampone tra il regolatore di pressione e il contenitore del liquido possono mitigare queste fluttuazioni e fornire una pressione di ingresso stabile.

Configurazione della portata bassa per stabilizzare la pressione.

Consiglio n. 5: Come gestire problemi di corrosione delle parti saldate

Per l’uso con liquidi a base acquosa, Bronkhorst consiglia di far realizzare una contenitore monopezzo di acciaio passivato per gestire i problemi di corrosione specialmente di parti saldate. Con solventi organici come metanolo, toluene o acetone, la corrosione delle parti saldate in un contenitore non costituisce di solito un problema. Poiché il controllo della portata di liquido con un contenitore a pressione è in genere un processo discontinuo, assicurarsi che il contenitore sia sufficientemente grande da fornire una portata stabile per un periodo di tempo sufficiente tra un rabbocco e l’altro. Per evitare schizzi e fuoriuscite di liquidi durante il riempimento, utilizzare un imbuto apposito nel foro di ingresso.