Manometri: Termometri:

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1 Manometri: - Per la misurazione di pressione viene utilizzato il manometro. Questo strumento è utilizzato per pressione relativa, assoluta e differenziale con elemento di misura a molla tubolare, a membrana, a capsula e a soffietto. I manometri possono essere equipaggiati con accessori elettrici ed elettronici e combinati con separatori di pressione nelle più diverse esecuzioni. Esistono anche misuratori elettronici di pressione: trasduttori pressostati e trasmettitori per pressione relativa, assoluta e differenziale. Sensori piezoresistivi, magnetici, induttivi,ed a film sottile. -Figura 1:Manometro 0-2,5 Bar attacco radiale con lancetta rossa. Termometri: - Per la misurazione di temperatura viene utilizzato il termometro.questo strumento si può dividere in termometri a gas e in termometri bimetallici. Può essere accompagnato da pozzetti da tubo, da barra e flangiati secondo norme internazionali o secondo specifica del cliente. Esistono anche in questo caso misuratori di temperatura elettronici; termocoppie, termoresistenze, trasmettitori anologici e digitali, indicatori, regolatori e calibratori. -Figura 2: Termometro 40/+40 C bimetallico attacco posteriore.

2 Le misure di pressione nell industria vengono effettuate in maniera preponderante con manometri che rappresentano una soluzione robusta e di facile utilizzo. Il manometro generalmente contiene un elemento sensibile che si deforma sollecitato dalla pressione del fluido di processo. Gli elementi possono essere a molla tubolare, a membrana, a capsula e a soffietto. I materiali con i quali l elemento sensibile è costruito possono essere: lega di rame, acciaio nelle diverse esecuzioni oppure, nei casi particolari, materiali speciali. -Figura 3: Vari tipi di manometri La pressione di processo è sempre misurabile in relazione ad una pressione di riferimento. La pressione di riferimento è la Pressione Atmosferica e pertanto il manometro indica quanto è maggiore o inferiore la pressione misurata rispetto a quella atmosferica. La pressione viene indicata su un quadrante tramite un indice, nei campi di misura normalizzati, su un angolo di 270. Nei casi di vibrazioni o di alti carichi dinamici la cassa degli strumenti è riempita di liquido. Negli impianti industriali di automazione è possibile prevedere contatti elettrici per l indicazione della pressione minima o massima oppure trasmettitori che possono fornire un segnale elettrico proporzionale alla pressione.

3 1) Manometri a molla tubolare - L elemento a molla tubolare normalmente ha una sezione ovale. La pressione del fluido di processo agisce all interno del tubo con una forza che tende a spostarne l estremità. L entità di questo spostamento è proporzionale alla pressione del fluido di processo. - Questo spostamento è trasmesso all indice tramite il movimento ad ingranaggi. Per pressioni fino a circa 60 bar viene utilizzata una molla tubolare a sagoma circolare,che copre circa Per pressioni maggiori la molla tubolare può avere altre sagome, per esempio elicoidale oppure a chiocciola. - L elemento a molla tubolare può essere protetto contro le sovrapressioni. Nei casi particolarmente critici il manometro può essere equipaggiato con un separatore di pressione oppure con valvole o sistemi di protezione. - I manometri con elemento misura a molla tubolare vengono utilizzati per la misura di pressioni da 0/4000 bar con classi di precisione da 0,1 a 4,0. -Figura 4: Manometro a molla tubolare sezionato.

4 2) Manometri a membrana La membrane normalment sont circuleire et avec profil ondule, et est compris entre due flanges et sollecite par le fluide a la cote du proces. - L elemento a membrana normalmente è di forma circolare con profilo ondulato. L elemento è contenuto tra due flange e sollecitato dal fluido dal lato processo. La pressione del fluido provoca un piegamento della membrana che viene rilevato da un asta di trasmissione e portato al movimento. La misura dello spostamento è proporzionale alla pressione da misurare. - L elemento a membrana ha una costruzione più robusta rispetto alla molla tubolare e pertanto il relativo manometro è meno sensibile alle vibrazioni. - Nei casi di alti sovraccarichi la membrana resiste meglio in quanto può appoggiarsi alla flangia superiore. Inoltre nei casi di fluidi molto corrosivi la membrana può essere rivestita con materiali speciali. Il rivestimento può essere appoggiato oppure incollato a seconda delle caratteristiche del fluido di processo e delle condizioni di funzionamento. - Nel caso di fluidi altamente viscosi, sporchi oppure cristallizzanti devono essere previsti attacchi speciali, flange aperte oppure possibilità di spurgo. - Gli strumenti con elemento sensibile a membrana sono adatti per la misura di pressione da 0/16 mbar fino a 0/40 bar con classe di precisione da 0,6 fino a 2,5. Figura 5: Manometro a membrana sezionato.

5 3) Manometri a capsula - La capsula è costruita con due membrane circolari unite al bordo perimetrale. La pressione del processo agisce all interno del soffietto e il rigonfiamento ottenuto è proporzionale alla pressione del fluido. - L elemento a soffietto è particolarmente adatto per fluidi gassosi e per pressioni relativamente basse. E possibile prevedere una protezione ai sovraccarichi con alcune limitazioni. - Gli strumenti con elemento sensibile a capsula sono adatti per misure di pressione da 0/2,5 mbar a 0/0,6 bar con classe di precisione da 0,1 a 2,5. Figura 6: Manometro a capsula sezionato.

6 4) Manometri per pressione assoluta - Questi manometri vengono installati quando è necessario misurare la pressione di un fluido indipendentemente dalle azioni naturali della pressione atmosferica. - La pressione del fluido viene misurata in relazione alla pressione del vuoto assoluto presa come riferimento. Nella parte dell elemento sulla quale non agisce il fluido di processo è prevista pertanto una camera di riferimento sotto vuoto assoluto. - Tutto il sistema di misura e la cassa dello strumento devono essere realizzati a tenuta. - L indicazione della pressione di processo è realizzata tramite un asta che trasferisce lo spostamento dell elemento di misura al movimento dell indice. - Con questi strumenti si possono misurare: pressioni assolute da 0/16 mbar fino a 0/25 bar con classi di precisione da0,6 fino a 2,5. Figura 7: Manometro per pressione assoluta sezionato.

7 5) Manometri per pressioni differenziali - Il sistema di misura di questi manometri è sollecitato da due pressioni di valore diverso e ne indica la differenza. - Il sistema prevede due camere di misura con due elementi separati. Se la pressione che agisce sulle due camere è uguale l indice non si muove e quindi non vi è alcuna indicazione. Quando una delle due pressioni è più alta o più bassa il sistema indica la differenza. - Nel caso di alte pressioni statiche si possono misurare direttamente piccole differenze di pressioni. Nel caso di elementi di misura a membrana si può ottenere un alta sovraccaricabilità. - Per l utilizzo dello strumento occorre una particolare attenzione alla pressione statica ammessa e all ingresso delle pressioni di processo camera P(+) e camera P(-) che indicano la pressione maggiore e quella minore. - L indicazione della pressione differenziale è realizzata tramite un asta che trasferisce lo spostamento dell elemento di misura al movimento dell indice. - I campi di pressione differenziale misurabili vanno da 0/16 mbar fino a 0/25 bar con classe di precisione da 0,6 a 2,5. - Impiego dei manometri differenziali: Tecnica di filtrazione ( controllo del grado di pulizia dei filtri) Misure di livello (in serbatoi chiusi) Misure di portata (caduta di pressione) Figura 8: Manometro differenziale sezionato.

8 6) Manometri SOLID-FRONT I manometri solid-front sono strumenti che dietro al quadrante hanno una parete di acciaio che ha la funzione, in caso di scoppio, di salvaguardare la parte frontale del manometro. Questo è un fattore di sicurezza in più oltre all anti-scoppio presente sul retro della cassa dei manometri. Questo tipo di manometro si identifica grazie alla lettera S stampata sul quadrante. Figura 9:Manometro solid-front

9 Criteri di sicurezza. La sicurezza delle persone degli ambienti di lavoro rappresenta sempre più il fattore determinante per la scelta di macchine e componenti tecnici. Per la corretta scelta di un manometro o di un termometro si devono seguire le leggi dello Stato Italiano e le direttive comunitarie che riguardano: - Sicurezza generale dei prodotti: Decreto legge N 115 del 17 marzo Sicurezza dei lavoratori sui luoghi di lavoro: Decreto legge N 626 del 17 settembre Sicurezza applicata alle macchine: Direttiva CEE 89/392 Scelta del fornitore. Sulla base della legge il fornitore di manometri e termometri da installare sulle macchine e sugli impianti per applicazioni tipiche nei settori oleodinamica, pneumatica, termoidraulica e nei processi industriali, deve pertanto essere scelto tra quelli in grado di rilasciare una dichiarazione di conformità, avvallata da organismi accreditati, con le seguenti indicazioni: - Norme di riferimento per la costruzione degli strumenti; - Estremi della certificazione ISO 9000; - Estremi della sicurezza normativa nella produzione; - Indicazione dell organo di controllo per sistemi di calibrazione e taratura. Figura 10: Certificato ( ISO 9001)

10 Criteri di scelta dei manometri: Qui di seguito elenchiamo alcuni criteri di scelta tratti da: - Norma UNI 9544: manometri, vacuometri, manovacuometri - Norma pren 837-1: manometri a molla bourbon. Campi di pressione Il bar è l unità preferita per le misure di pressione. 1 bar = Pascal 1 Pascal = N/m² Lettura zero = pressione atmosferica Campi standard in bar da 0 a 0,6 da 0 a 2,5 da 0 a 10 da 0 a 40 da 0 a 160 da 0 a 600 da 0 a 1 da 0 a 4 da 0 a 16 da 0 a 60 da 0 a 250 da 0 a 1000 da 0 a 1,6 da 0 a 6 da 0 a 25 da 0 a 100 da 0 a 400 da 0 a 1600 Campi standard per il vuoto in bar da 0,6 a 0 da 1 a 0 Campi standard combinati di pressione e vuoto in bar da 1 a +0,6 da 1 a +3 da 1 a +5 da 1 a +9 da 1 a +15 da 1 a +24 da 1 a +1,5 Le unità in Kilopascal (Kpa) e Megapascal (Mpa) devono seguire le serie in bar da 0 a 60 Kpa fino a 1000 Kpa, poi cambiare da 0 a 1,6 Mpa fino a max 160 Mpa. Grandezza nominale della cassa in mm

11 Classe di precisione nominale La classe di precisione definisce l errore ammesso in percentuale riferito al fondo scala ( ± % a 20 C ) Sono definite le seguenti classi di precisione: 0,1 0, ,6 2,5 4 Per i manometri con ferma sullo zero la classe di precisione nominale copre la scala dal 10 al 100%. Per i manometri con lo zero libero la classe di precisione copre da 0 a 100% il campo di misura e la verifica dello zero deve essere utilizzata come check point della precisione. Tabella di scelta: grandezza nominale / classe di precisione Grandezza nominale Classe di precisione della cassa 0,1 0,25 0,6 1 1,6 2,5 4 DN 40 e 50 mm x x x DN 63 mm x x x x DN 80 mm x x x x DN 100 mm x x x x DN 150 e 160 mm x x x x DN 250 mm x x x x x Pressioni di esercizio del fluido Pressioni maggiori del campo di misura non devono mai essere applicate, se non previste dal costruttore dello strumento. La pressione di esercizio del fluido non deve superare: 1) per strumenti con elemento elastico a molla: - il 75% dell ampiezza di campo della misura, per pressioni costanti; - il 50% dell ampiezza di campo della misura, per pressioni variabili; 2) per strumenti con elemento elastico a soffietto, a capsula e a membrana: - il 60% dell ampiezza di campo della misura. Per vacuometri e manovacuometri non c è limitazione all applicazione della depressione su tutta l ampiezza di campo della misura.

12 Condizioni di esercizio - Condizioni particolarmente gravose: escludere lo strumento dal circuito mediante valvole o rubinetti di intercettazione - Presenza di vibrazioni: impiegare strumenti a riempimento di liquido - Presenza di vibrazioni regolari, irregolari e/o accidentali di pressione: utilizzare strumenti muniti di elementi di strozzatura: - Fluido gas: sezione max 0,1 mm² (foro Ø 0,35 mm) - Fluido liquido: sezione tale da limitare la fluttuazione della pressione entro il ± 1% - Variazioni di pressione superiori alla pressione max ammissibile dallo strumento: installare esclusore tarabile automatico - Variazioni di pressione non quantificabili con precisione: installare strumenti Solid Front - Fluidi chimici aggressivi: impiegare manometri tutto inox - Fluidi chimici corrosivi: impiegare strumenti Solid Front - Gas e vapore con pressioni maggiori a 25 bar: impiegare strumenti Solid Front Considerazioni generali Il committente deve sempre trasmettere al fornitore le specifiche tecniche relative agli strumenti da impiegare. Il fornitore deve fornire gli strumenti più idonei per l applicazione richiesta. In particolare devono essere date indicazioni precise relativa ai parametri seguenti: - pressione d esercizio e pressione max; - temperatura d esercizio min e max; - natura e stato del fluido di processo; - presenza di variazioni regolari di pressione (pressione pulsante); - possibilità di variazioni irregolari e/o accidentali della pressione (pressione pulsante); - presenza di vibrazioni sull impianto; - impiego in ambienti corrosivi; - temperatura ambiente.

13 Esempi di installazione di accessori (UNI 9544) ELEMENTO DI STROZZATURA ESCLUSORE TARABILE AUTOMATICO SERPENTINA DI RAFFREDDAMENTO VALVOLA DI ESCLUSIONE Figura 11: Accessori

14 Installazione dei manometri ad elemento elastico Il manometro deve essere installato in modo da evitare l esposizione a fonti di calore, vibrazioni e per ottenere una facile lettura del valore sul quadrante. E uso comune installare il manometro completo di valvole di intercettazione per facilitare la sostituzione mentre il sistema è pressurizzato e per escludere il manometro quando la lettura non è richiesta. -Valvole di intercettazione L isolamento può vanire rappresentato sia da un rubinetto maschio con leva, che da una valvola a spillo con volantino, in relazione alle condizioni operative e ai requisiti richiesti. -Rubinetto maschio con leva La leva lavora in tre posizioni: - OFF: la pressione del fluido è esclusa e l elemento di pressione è aperto alla atmosfera ambiente. - ON: il manometro è collegato alla pressione del fluido. - VENT: il manometro è isolato, ma il sistema di pressione viene sfiatato ed il fluido può fuoriuscire e disperdersi nell atmosfera ambiente. -Valvole monometriche Vengono azionate tramite un volantino. Il corpo della valvola normalmente è fornito di un tappo di sfiato. Sia i rubinetti con leva, che le valvole a spillo devono venire installati al fine di dirigere dalla parte opposta dell operatore lo sfiato del fluido fuoriuscito. Per i fluidi inquinanti o pericolosi è proibito l uso dello sfiato. Leggi di sicurezza locali, come quelle che regolano i serbatoi in pressione, possono determinare tipi particolari di valvole in grado di testare il manometro in loco. -Consigli per il montaggio dei manometri Se il sistema di pressione o il tubo di collegamento non è abbastanza rigido per sostenere il peso del manometro, ed in considerazione della vibrazione esistente, il manometro dovrebbe venire montato tramite una flangia per montaggio a parete o tramite una staffa. -Attenuazione delle vibrazioni Se il manometro è esposto a vibrazioni, a pulsazioni di pressione, o a entrambe, è suggerito un manometro a riempimento di liquido, che è in grado di fornire una migliore prestazione e una migliore leggibilità.

15 -Effetti della temperatura La temperatura operativa del manometro che risulta dagli effetti della pressione del fluido, dalla temperatura ambiente e da possibili radiazioni di calore, non deve superare il limite di temperatura, per il quale il manometro è stato progettato. Tubi di collegamento appropriati o sifoni a ricciolo o a U possono venire utilizzati al fine di separare il manometro e gli organi di intercettazione dal fluido in temperatura. -Separatori I separatori possono venire impiegati per separare il manometro da un fluido in pressione, che non deve entrare nella molla bourdon. Separatore ed elemento di pressione vengono riempiti con un liquido inerente, che agisce come un agente di trasmissione della pressione. Una volta montato e riempito, lo strumento e il separatore costituiranno un unità inscindibile. PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO DEI SEPARATORI Figura 12: Funzionamento separatori

16 Figura 13: Vari tipi di separatori

17 -Protezione dell elemento elastico da sovraccarichi Nel caso in cui il fluido da misurare sia soggetto ad una rapida fluttuazione di pressione a picco, bisogna prendere in considerazione che, a questi, non dovrà essere permesso di agire direttamente sull elemento elastico. Le fluttuazioni di pressione dovranno essere limitate nei loro effetti, per esempio, tramite il montaggio di una vite di strozzatura (per ridurre la sezione di passaggio all interno del canale) o tramite l uso di uno smorzatore regolabile. Se si dovesse scegliere un campo di lettura che sia inferiore alla massima pressione del picco per avere così una migliore chiarezza di lettura, l elemento elastico dovrà venire protetto contro eventuali danni. In questo caso, dovrà essere installato un limitatore di pressione esterno, che isoli immediatamente il sistema, nel caso si verifichino: - Un picco di pressione; - Un lento aumento di pressione che porti alla chiusura del sistema in modo graduale. La taratura del valore di intervento dipende dal valore della pressione massima ammissibile allo strumento. Un ulteriore possibilità consiste nell utilizzo di un manometro ad alta sovraccaricabilità (protezione interna). -Installazione e messa in esercizio Il corretto collegamento alla pressione deve essere fatto tramite un adeguata guarnizione piatta o lenticolare. Solo con attacchi filettati conici deve venire applicato un composto sigillante sul filetto. Con la filettatura standard tipo Gas cilindrica, l attacco consigliato è quello tramite un adattatore girevole oppure tramite un adattatore LH/LR (sinistro/destro) al fine di permettere il corretto orientamento del quadrante del manometro. La forza di chiusura applicata viene esercitata tramite utensile piatto posizionato opportunamente sulla chiave dell attacco. Questa operazione non deve essere assolutamente effettuata manualmente cioè afferrando la cassa con le mani onde evitare di danneggiare il manometro. Il tubo di connessione al processo deve essere pulito accuratamente senza presentare alcuna traccia di scorie prima che il manometro venga montato. Nessuna pressione superiore a quella operativa indicata sul quadrante deve venire applicata al manometro durante la prova di pressione idrostatica del sistema. In caso contrario il manometro dovrà essere isolato o rimosso durante questa operazione. Per i manometri a membrana o a soffietto bisogna fare attenzione a non svitare i bulloni che tengono collegata la parte superiore ed inferiore, dove vi è inserito l elemento elastico. Non bisogna togliere un manometro quando è in pressione. Il sistema deve essere totalmente svuotato se il manometro non può essere isolato in altro modo. I residui dei fluidi contenuti nel manometro possono essere tossici o pericolosi. Questo deve essere tenuto in considerazione quando si usa o si mette in magazzino il manometro tolto dal sistema.

18 -Manometri in servizio L apertura dei sistemi isolanti deve essere sempre effettuata in modo graduale e non improvviso, in quanto ciò può generare improvvisi picchi di pressione, che possono danneggiare il manometro. La massima pressione operativa per la quale il manometro è stato progettato, o la minore pressione operativa in caso di vacuometri o manometri composti, viene indicata sul quadrante con il simbolo ; la pressione fluttuante riduce sempre la pressione massima relativa del manometro. Si prega di consultare l apposito data sheet relativo al manometro scelto. E possibile rilevare l esattezza del punto zero chiudendo la valvola di esclusione e isolando così il manometro dalla pressione. La lancetta dovrà cadere entro lo spazio dello zero a meno che la temperatura del manometro sia considerevolmente più alta o più bassa di 20 C; una lancetta che non torna sullo zero potrebbe indicare che il manometro ha subito seri danni. Verifiche in loco del manometro sono realizzabili tramite speciali valvole di esclusione che collegano un manometro tester alla fonte di pressione disponibile. -Condizioni generali di utilizzo e di installazione - E necessario inserire una valvola di intercettazione per facilitare la rimozione a scopi di manutenzione; - L attacco di pressione deve essere a tenuta stagna. Premesso che queste indicazioni siano seguite, i modi di installazione cambiano a seconda del tipo di filettatura che abbiamo sull attacco dello strumento. Se la filettatura è cilindrica la tenuta avviene tramite una guarnizione. Figura 14: Filettatura cilindrica

19 Se la filettatura è conica la tenuta avviene sulla filettatura stessa. In aggiunta per avere una tenuta migliore può essere applicato un materiale di giunzione sulla filettatura. Figura 15: Filettatura conica -Sicurezza, divisione di responsabilità - Responsabilità del produttore: Il produttore deve immettere sul mercato solo prodotti sicuri costruiti secondo norme certe. I prodotti ed i sistemi di qualità devono essere certificati da enti esterni ed autorizzati (EN 45000). Nel caso si costruiscano manometri si segue la normativa EN Responsabilità del distributore: Il distributore deve agire con diligenza per garantire l immissione sul mercato di prodotti sicuri, costruiti secondo norme certe e corredati da relativi certificati di conformità alle norme. Nel caso di distribuzione di manometri si segue la norma EN Responsabilità del progettista: Il progettista di macchine ed impianti deve sempre prevedere componenti sicuri costruiti secondo norme certe e corredati da relativi certificati di conformità alle norme. Nella progettazione di manometri bisogna tener presente i criteri di sicurezza previsti dalle norme EN

20 - Responsabilità del committente: Il committente di componenti destinati ad essere installati su macchine ed impianti deve scegliere i fornitori tra quelli in grado di esibire le certificazioni di qualità ISO 9000 e di conformità alle norme. Nel caso si tratti di manometri bisogna selezionare i fornitori ed acquistare solo strumenti accompagnati da relativo certificato di conformità. Tener presente i criteri di sicurezza previsti dalle norme EN Responsabilità dell utilizzatore: L utilizzatore di componenti da montare su macchine ed impianti deve effettuare l installazione in base ai criteri di sicurezza previsti dalle normative vigenti, rifiutando l installazione di componenti non sicuri. Per l utilizzo di manometri sicuri bisogna accertarsi che essi siano accompagnati da relativo certificato di conformità. Tener presente i criteri di sicurezza previsti dalle norme EN Figura 16: attestato di controllo

21 - Termometri a quadrante La temperatura è un indice delle condizioni termiche di un materiale o di un corpo omogeneo. Il valore indicato esprime l energia di movimento contenuta nelle molecole del materiale. La trasmissione della temperatura da un corpo all altro, per esempio dal fluido di processo al sensore termometrico, richiede un contatto fisico ravvicinato tra i due corpi per raggiungere l equilibrio termico. I sistemi di misura convenzionali per la temperatura, sono basati sulla proprietà di certi materiali di variare la forma o il volume fisico in modo proporzionale alla temperatura. I due strumenti principali per la misurazione della temperatura sono i termometri a bimetallo e i termometri a espansione di gas. Figura 17: termometri C

22 1) Termometri a bimetallo La misura di temperatura avviene tramite un sistema a bimetallo posto all interno del sensore termometrico. Il bimetallo consiste in due strisce metalliche unite fra di loro in modo che non possano separarsi. Ciascun metallo che compone la striscia ha un coefficiente di espansione termica diverso dall altro. Questo costringe la striscia a muoversi con una curva particolare, proporzionale alla variazione di temperatura. Il sistema a bimetallo può essere del tipo: - elicoidale; - a spirale. La scelta tra questi due tipi di sistemi dipende dalla dimensione del sensore e dal campo di temperatura da misurare. La variazione di temperatura provoca una rotazione del bimetallo sul proprio asse. Il valore della rotazione è indicato da un indice sulla scala graduata. Figura 18: Termometro C bimetallo con schema.

23 2) Manometri ad espansione di gas Il sistema termometrico consiste in un sensore termometrico a bulbo, in un capillare ed in una custodia contenente una molla tubolare. Il sistema è riempito a pressione con un gas inerte. Qualsiasi variazione di temperatura provoca un cambiamento della pressione interna del sistema. Questa variazione è misurata dal sistema a molla tubolare ed indicata su un quadrante con una scala in unità di misura termometrica. Eventuali variazioni della temperatura ambiente vengono compensate tramite un sensore a bimetallo all interno della custodia. Figura 19: Termometro C a Gas con schema.

24 -Alcuni tipi di termometri Figura 20: termometro con capillare. Figura 21: termometro a collare.

25 Pozzetti termometrici In molti casi per il montaggio di un termometro si usano i pozzetti termometrici. Questi sono esguiti secondo norme DIN, ANSI o altre norme internazionali oppure possono essere eseguiti secondo il disegno del cliente. A richiesta possono essere composti o rivestiti di materiali speciali.