Controllo dei processi industriali: misurazione di portata e livello

Controllo dei processi industriali

Elena GrazioliIl Controllo dei processi industriali è uno degli aspetti fondamentali per il buon funzionamento di un impianto. Controllare un processo vuol dire fare in modo che tutti i parametri (es.T,pH, portata, livello, umidità, densità, ... ) siano mantenuti costanti nel tempo (il valore di riferimento si chiama set point) o seguono in maniera precisa la variazione per essi programmata.

Scopo del controllo

• garantire la miglior resa di produzione, diminuendo sottoprodotti e scarti di produzione
• garantire la sicurezza degli impianti e degli operatori
• migliorare e rendere costante la qualità del o dei prodotti
• minimizzare la richiesta di energia e di manodopera

Perché controllare?

La necessità della regolazione deriva dall'inevitabile presenza in un qualsiasi processo di elementi di disturbo che tendono ad alterare i valori previsti per il funzionamento ottimale dell'impianto. Gli elementi di disturbo possono essere di varia natura e possono originarsi sia esternamente al processo sia all'interno del processo.0 06

Fasi del controllo

Il controllo avviene in 3 fasi:

• misura della variabile che si vuole tenere sotto controllo ( variabile controllata) tramite l'elemento di misura
• il confronto della misura ottenuta (variabile controllata) con il valore stabilito per essa (set point)
• l'eventuale regolazione di una variabile, detta variabile regolata (può essere uguale o diversa dalla variabile controllata), che serve per riportare il valore della variabile sotto controllo al set point

Tipologie di controllo

Il controllo può essere:

• manuale
• automatico

Controllo manuale

Il controllo manuale è affidato a un operatore che legge il valore sullo strumento di misura, lo confronta mentalmente con il set point ed eventualmente agisce manualmente su uno strumento di regolazione per ripristinare il valore prefissato. Il controllo manuale viene usato per produzioni discontinue e piccoli impianti nei quali sono previste frequenti fermate e avviamenti delle lavorazioni

Controllo automatico

Le operazioni sono affidate a tre diversi apparecchi:

• Un misuratore, detto anche sensore, che "legge la variabile controllata
• un controllore, detto anche regolatore, che confronta la variabile controllata con il set point
• un organo regolatore, detto anche attuatore, che ripristina il valore corretto, agendo sulla variabile regolata

Il controllo automatico è usato per produzioni continue e per grandi impianti. Svantaggi : - costo elevato di installazione e di funzionamento Vantaggi : -aumento della produzione - minori errori - riduzione degli scarti di lavorazione - maggior uniformità dei prodotti

Esempio di controllo automatico

Per esempio: se si vuole mantenere costante la temperatura di un fluido in uscita da un riscaldatore a vapore, si può sistemare un termometro sulla tubazione in uscita e inviare il valore a un regolatore chi agisce su una valvola automatica posta sulla condotta del vapore. In tal caso la variabile e controllata è la temperatura del fluido e la variabile regolata è il flusso del vapore. valore voluto + A CONTROLLORE SENSORE ATTUATORE disturbi ! variabile regolata variabile controllata PROCESSO Regolazione ad anello chiuso

Controllo automatico vs controllo manuale

Vantaggi del controllo automatico

• Aumento della produzione
• Minori errori
• Riduzione degli scarti di lavorazione
• Maggiore uniformità dei prodotti

Svantaggi del controllo automatico

• Elevato costo di installazione
• Elevato costo di funzionamento

128 129 130131 110111 1 88 ng 109 16 016 68 9.2

Misura della variabile

La misura consiste nella rilevazione del valore delle grandezze che devono essere controllate e per ognuna di esse esistono diversi strumenti di misura.

Strumenti di misura per variabili

Misura del livello

LIVELLO

Misura della temperatura

TEMPERATURA TERMOMETRO

Misura della pressione

PRESSIONE MANOMETRO VACUOMETRO

Misura della portata

PORTATA 60 40 100 120 100 CO 6 8 50 150 4 ~300 Ario 200 800 ba 14 psi 200 0 VENTURIMETRO € 400 50 2 12 -100 £ nbar MISURATORE A GALLEGGIANTE

Strumenti di misura: temperatura

TEMPERATURA La temperatura misura il livello termico di un corpo. La misura della temperatura di un corpo viene rilevata portando a contatto il corpo stesso con un'altra sostanza che presenta una qualche proprietà che varia al variare della temperatura. Il controllo della temperatura è importante perché influisce sulla cinetica e sulla termodinamica della reazione Si misura con il termometro. Un esempio sono i termometri a bulbo che sfruttano il dilatarsi del fluido che contengono il quale può essere libero di espandersi. come avviene nel termometro a colonna di vetro, o può essere confinato in una sede a volume costante. Il liquido termometrico più usato è il mercurio (-30 ℃ +280 ℃), utilizzando altri fluidi l'intervallo si può espandere (-200 °C + +750 ℃).

Strumenti di misura: termometro bimetallico

150 200 C -100 250 THERMOBAU Mãn in Germany 50 300 Metall 2 Metall 1 kalt heiß Einfaches Thermometer TEMPERATURA Termometro bimetallico Si basa sul principio della differente dilatazione dei metalli con il calore. Saldando insieme due lamelle metalliche, esse per piccole variazioni di temperatura tendono a flettersi e ad inarcarsi. Essi sono costituiti da una lamina bimetallica avvolta a spirale con un estremo fisso e l'altro portante un indice che si muove su una scala graduata al variare della temperatura dell'ambiente. Questi termometri hanno notevole prontezza e sensibilità

Strumenti di misura: termometri a resistenza elettrica

1 2 R58 1.4671 3 4 EBL ØD TEMPERATURA Altro esempio sono i termometri a resistenza elettrica. Si basano su variazioni della resistenza elettrica nei conduttori metallici al variare della temperatura. Il filo di metallo, di solito nichel, platino o rame viene posto a contatto con il corpo del quale si vuole conoscere la temperatura e viene collegato a un circuito elettrico in cui la corrente varia a seconda della resistenza del conduttore usato come elemento di misura il quale a sua volta varia al variare della temperatura del corpo.

Strumenti di misura: pressione

F p = F / S PRESSIONE Importante grandezza da controllare soprattutto per motivi di sicurezza. La pressione, in fisica, è generalmente definita come una grandezza equivalente al rapporto tra la forza applicata dal corpo e l'area della superficie sulla quale è applicata. Si misura con: -manometri, per pressioni maggiori di quella atmosferica -vacuometri, per pressioni inferiori a quella atmosferica S

Strumenti di misura: manometro a membrana elastica

10 15 EN 837 20 -- 5 WETTED PARTS PTFE 25 overpressure safe: 40 bar bar LASS CL 25 113773303 WIKAI 53 E 3057 PRESSIONE my Manometro a membrana elastica: Misurano la pressione che si esercita su una membrana solidale con un meccanismo in grado di spostare un indice su una scala.

Strumenti di misura: manometro a molla Bourdon

molla Bourdon lancetta 2) - 10 B chiusura molla 0 movimento R PRESSIONE Manometro a molla Bourdon: Funziona con il principio della "molla Bourbon" dove l'elemento sensibile è formato da un tubo metallico con la forma di un ferro di cavallo ed è tappato all'estremità B. La pressione entra attraverso il raccordo R e tende a raddrizzare la molla, che si muoverà verso destra. La parte terminale B è legata ad un meccanismo sul quale è vincolata una lancetta L, questa ultima subirà un movimento rotatorio e di conseguenza indicherà il valore di pressione su di un quadrante graduato Q. Quando cessa la pressione, l'elasticità del tubo riporta la lancetta nella posizione di zero iniziale.

Strumenti di misura: portata

PORTATA E' la quantità di fluido che attraversa una sezione nell'unità di tempo. Questa grandezza è importante soprattutto per conoscere la quantità di liquidi che scorre nelle tubazioni dell'industria. I misuratori di portata Venturi sono i più diffusi, sono quelli che sfruttano il principio di Bernoulli secondo cui una restrizione aumenta la velocità del fluido e diminuisce la pressione. Dalla differenza delle pressioni rilevate con un manometro, si può risalire alla portata. Source: krohne.com

Strumenti di misura: livello

LIVELLO La misura di un liquido presente in un contenitore serve per conoscere la quantità di liquido contenuto e per assicurare che questo quantitativo resti costante nei processi continui. Tipici strumenti di misura del livello di un liquido sono i misuratori a galleggianti: possono essere di vario tipo ma tutti basati sul principio che un corpo galleggiante immerso in un liquido riceve una spinta dal basso verso l'alto pari al peso del liquido spostato (il principio di Archimede).

Strumenti di misura: misuratore a galleggiante

LIVELLO Misuratore a galleggiante: il galleggiante può essere libero di spostarsi assieme al variare del pelo libero del liquido oppure viene racchiuso è ancorato in un pozzetto separato collegato con il serbatoio. Nel primo caso il galleggiante alzandosi o abbassandosi trascina con sé un qualche meccanismo che indica il livello; nel secondo caso il galleggiante trasmette all'indicatore di livello una forza proporzionale con la spinta idrostatica che riceve in relazione al suo grado di immersione nel liquido