Strumentazione
La scheda di acquisizione permette di ricevere in tempo reale tutti i dati degli
strumenti di misura e leggerli comodamente sullo schermo de PC.
Abbiamo optato per il fornitore di schede più usate in commercio: National Instruments, in particolare il modello C-DAQ 9174, una scheda con chassis in grado di ospitare 4 moduli. Ognuno dei 4 moduli può ricevere in ingresso da 2 a 4 segnali gestibili contemporaneamente, suddivisi per tipologia di trasduttore (i.e. un modulo per i trasduttori di pressione, un modulo per le termocoppie e cosi via). In questo modo siamo in grado di acquisire 4 segnali per la pressione, 4 per le temperature, 4 in arrivo dal torsiometro e 2 dal flussometro. Il collegamento con il PC avviene tramite USB.
Per leggere i dati in ingresso, la scheda di acquisizione necessita di un software di lettura dati fornito da NI stesso: LabVIEW.
E' un programma piuttosto intuitivo, fornito dal produttore stesso e riconosce in automatico la scheda.
La scheda riceve in ingresso segnali analogici e digitali da -20 a +25 V. Il voltaggio degli strumenti scelti rientra in quel range di tensioni.
Il costo della scheda è di 747.00 €, ogni modulo non supera il prezzo di 40.00 € al quale bisogna associare circa 900€ di chip di campionamento. Il prezzo finale è di circa 5'000 € per tutto il sistema di acquisizione.
Trasduttori di pressione:
Il circuito prevede un vacuometro (in grado di misurare da 0 a 1 bar assoluti)
e un manometro che misuri fino a 25 bar assoluti. La scelta è stata
effettuata in base al prezzo d'acquisto, al rispetto dei requisiti e alla
compatibilità del segnale elettrico con la scheda di acquisizione scelta.
La ricerca ha prodotto i seguenti risultati:
Range di misura: 0 - 5 bar assoluti se usato come vacuometro, da 0 - 25 bar relativi per essere usato come manometro.
Tipi di fluido supportati: aria, liquidi alimentari, olii industriali e acqua.
Segnali di output: 4 - 20 mA oppure 0 - 10 V.
Prezzo: 170€/unità
Range di misura: 0 -
1.2 bar assoluti come vacuometro, 0 - 30 bar relativi come manometro.
Tipi di fluido: liquidi e gas.
Segnali di output: 4 - 20 mA oppure 0 - 10 V.
Prezzo: 180 €/unità
Tramite gli strumenti di pressione si può calcolare l'NPSHr.
Chiudendo gradualmente la valvola a saracinesca posta sulla tubazione di aspirazione.
Il vuotometro segnalerà allora una pressione sempre minore, pur mantenendosi costante la portata o la prevalenza.
Arrivati ad un certo punto di chiusura della saracinesca, la portata e la prevalenza diminuiranno bruscamente. Esiste cioè un valore del vuoto, oltrepassato il quale si verifica la cavitazione, dovuta essenzialmente al fatto che l'aria disciolta nell'acqua si libera bruscamente.
Si calcola con la seguente formula:
NPSHr = P_asp/(ρ*g) + V_asp^2/(2*g) - (P_v+P_g)/(ρ*g)
Dove:
V_asp nota da portata e sezione di aspirazione
P_v = tensione di vapore (tabulate)
P_g = pressione dei gas disciolti (tabulate)
Torsiometro:
I torsiometri sono strumenti che consentono la misura diretta del regime di rotazione dell'albero e della coppia all'asse della pompa.
Essi vengono interposti tra l'albero della pompa e l'albero del motore e come i misuratori di portata magnetici, si basano sulla legge di Faraday.
Sono costituiti da un albero a rigidità torsionale calibrata munito di due ruote dentate alle estremità. Queste ruote dentate, girando, vengono fatte passare attraverso un campo generando così ciascuna una differenza di potenziale (sinusoidale nel tempo) misurabile.
Misurando la frequenza di una delle due sinusoidi è possibile, dato il numero di denti della ruota dentata, risalire al regime di rotazione della pompa, mentre misurando lo sfasamento tra le due sinusoidi, data la rigidità torsionale dell'albero del torsiometro, è possibile risalire alla coppia trasmessa dal motore alla pompa.
Di conseguenza può essere calcolata la potenza assorbita dalla pompa, legata alle grandezze misurate dalla formula:
P_ass = Coppia * RPM * K
Dove K è una costante che permette la conversione alle unità di misura desiderate.
Dividendo la potenza assorbita dalla pompa per il rendimento del motore si ottiene la potenza elettrica assorbita dal motore.
Con il torsiometro è possibile risalire anche al rendimento della pompa.
Il rapporto tra la potenza che la pompa cede al liquido e la potenza che essa riceve dal motore rappresenta infatti il rendimento della pompa.
η = P_idr / P_ass
Dove:
P_idr = ( Q * H * γ ) / 367.2 in cui Q=portata (m^3/h) H=prevalenza (m) γ=peso specifico (kg/dm^3) 367.2=cost
P_ass = P_ass(dal motore dalla rete elettrica) * η_mot_el
Consigliamo:
HBM T40B
Coppia nominale: 50 - 10k Nm
Range rilevazione numero di giri: 0 - 10000 rpm
Errore massimo: 0.05%
Segnal di output: ±10 V
Prezzo: intorno ai 2000 €/pezzo
Flussometro:
Come flussometro si è optato per un misuratore di portata a induzione magnetica, preferendolo a uno ad ultrasuoni perché è lo strumento più all'avanguardia nel suo campo e offre precisioni molto elevate per entrambi i fluidi di lavoro (olio e acqua).
I misuratori di portata magnetici si basano sul principio dell'induzione magnetica di Faraday: generano un campo magnetico e attraverso due elettrodi misurano la differenza di potenziale generata dal passaggio del fluido. Essendo questa differenza di potenziale proporzionale alla velocità del fluido, data la sezione di passaggio, è possibile risalire alla portata che attraversa il misuratore.
Questi misuratori sono costituiti da tre elementi: un sensore (tronchetto di tubo intorno al quale sono avvolte le spire per la generazione del campo magnetico e gli elettrodi per rilevare la differenza di potenziale), un convertitore (apparecchio elettronico che ha la funzione di alimentare le spire e tradurre in segnale "leggibile" la differenza di potenziale registrata) e da un lettore (display alfanumerico che visualizza la lettura tradotta nell'unità di misura prescelta).
Per un corretto funzionamento dei misuratori di portata magnetici è necessario garantire che:
- nel sensore non vi sia aria (il tubo deve essere pieno: è necessario garantire una leggera contropressione a valle del sensore)
- che il moto del fluido non sia turbolento (deve essere garantita la presenza di tratti rettilinei di tubo di lunghezza sufficiente sia a monte che a valle del misuratore)
- mantenere puliti e lisci gli elettrodi in modo da non falsare la misura della differenza di potenziale
Proponiamo due alternative:
- MADDALENA & TOSHIBA: Converter LF620
Campo Misura: da 0 a 0.1-10 m/s (fondo scala regolabile)
Errore Massimo: 0.4%
Diametri Disponibili: da 15 mm a 400 mm
Alimentazione: 80-264 V ac, 17-26 V cc, potenza assorbita 10 W
Uscita: 4-20 mA
Comunicazione: protocollo HART
Prezzo: 2'500 € circa
SIEMENS: SITRANS F
M MAG 1100
Campo Misura: da 0 a 0.1-10 m/s (fondo scala regolabile)
Errore Massimo: 0.2% ± 1 mm/s
Diametri Disponibili: da 1/12" a 4"
Pressione Funzionamento: max 40 bar
Flange: EN 1092, DIN, ANSI
Temperature Funzionamento: da -40 °C a +100 °C (ambiente), da -30 °C a +200 °C (fluido)
Da abbinare con SITRANS F M MAG 6000
Prezzo: circa 3000 €
Termocoppie:
Cucchi ha richiesto di poter misurare la temperatura di ciascuna pompa in due punti differenti durante l'utilizzo. Quindi si devono installare 4 termocoppie e National Instruments propone dei modelli economici e compatibili con la scheda di acquisizione proposta.
TERMOTECH s.r.l.: Tipo T
- EN 60584-2
Range di temperature: -40 °C a +350 °C
Errore massimo: ±1 °C
Prezzo: 55 €
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