Confronto delle tecnologie di misura di livello dei prodotti chimici

METRAVON Confronto delle tecnologie di misura di livello dei prodotti chimici

Non esiste un unico strumento di livello adatto a ogni processo chimico. Un serbatoio per l'acqua, un contenitore per acido cloridrico, un reattore, un serbatoio per sospensione viscosa e un contenitore per processi ad alta pressione possono richiedere principi di misurazione completamente diversi.

La scelta corretta dipende dalla compatibilità chimica, dalla densità, dalle proprietà dielettriche, dalla viscosità, dalla cristallizzazione, dalla formazione di schiuma, dalla temperatura, dalla pressione e dal fatto che il contatto con il mezzo sia accettabile.

1. Quattro tecnologie comuni in una panoramica

2. Misura del livello mediante differenziazione di pressione

La misurazione del livello DP si basa sulla pressione idrostatica generata dalla colonna di liquido. In un recipiente chiuso e pressurizzato, la pressione nello spazio di vapore viene normalmente applicata sul lato a bassa pressione, in modo che il trasmettitore misuri la differenza di pressione nella colonna di liquido piuttosto che la pressione totale del recipiente.

3. Vantaggi della pressione differenziale

• Tecnologia consolidata e ampiamente riconosciuta;
• Adatta a numerosi processi ad alta temperatura e ad alta pressione;
• Può essere abbinata a guarnizioni a distanza per fluidi di processo particolarmente difficili;
• Integrazione semplice con sistemi 4–20 mA e HART.

4. Principali limitazioni del livello DP

La densità del liquido influisce direttamente sulla conversione del livello. Se la densità varia in funzione della concentrazione, della temperatura o della composizione del prodotto, il livello calcolato può risultare distorto, anche qualora il livello reale non subisca variazioni.

Altre preoccupazioni includono:

• Linee d'impulso bloccate;
• Colonne di condensato sbilanciate;
• Effetti di temperatura nei sistemi a sigillatura remota;
• Cristallizzazione o prodotto viscoso nei percorsi di pressione;
• Errori di pressione statica e di elevazione/nullo di pressione.

5. Quando DP rappresenta una soluzione adeguata:

• Liquidi con densità sufficientemente stabile;
• Vasi ad alta temperatura o ad alta pressione;
• Impianti in cui sono già consolidate le pratiche di strumentazione DP;
• Applicazioni che richiedono sigillature a diaframma a distanza;
• Impieghi selezionati per tamburi a vapore, reattori e vasi a pressione.

6. Misurazione del livello mediante capacità elettrica

Gli strumenti a capacità rilevano variazioni della capacità elettrica tra una sonda e un elettrodo di riferimento oppure la parete di un contenitore. All'aumentare della superficie della sonda coperta dal prodotto, l'ambiente dielettrico cambia e l'elettronica converte tale variazione di capacità in un valore misurabile.

7. Vantaggi della capacità

• Design meccanico compatto;
• Può essere configurato per mezzi conduttivi o non conduttivi utilizzando la sonda appropriata;
• Applicabile a liquidi e a determinati solidi in massa;
• Assenza di parti di misurazione in movimento;
• Alcuni modelli supportano temperature e pressioni elevate nei processi produttivi.

8. Perché la variazione dielettrica e il rivestimento rivestono un'importanza fondamentale

Poiché la misurazione della capacità dipende direttamente dalle proprietà elettriche presenti intorno alla sonda, variazioni nella composizione del prodotto o nella costante dielettrica possono alterare il valore letto. L'applicazione di rivestimenti, la cristallizzazione e i depositi sulle pareti della sonda possono generare una capacità aggiuntiva, che l'apparecchio potrebbe interpretare come livello.

La priorità di manutenzione è pertanto la stabilità del prodotto e lo stato della sonda, e non un intervallo di ricalibrazione fisso e arbitrario.

9. Misurazione del livello a ultrasuoni

Un trasmettitore a ultrasuoni invia un impulso sonoro attraverso lo spazio gassoso e misura il tempo di andata e ritorno dalla superficie del liquido. Si tratta di un metodo senza contatto, che può risultare economico per serbatoi aperti, sistemi idrici e determinati recipienti chimici.

10. Principali vantaggi degli ultrasuoni:

• – funzionamento senza contatto con il liquido;
• – installazione semplice per numerosi serbatoi aperti;
• – elevata efficienza economica per distanze corte e medie;
• – adatto per l'impiego in sistemi di trattamento dell'acqua potabile, delle acque reflue e in ambienti atmosferici stabili.

11. Principali limitazioni degli ultrasuoni

Il suono deve propagarsi attraverso lo spazio gassoso. Temperatura, composizione del gas, vapori pesanti, schiuma densa, polvere, forti correnti d'aria e ostruzioni all'interno del contenitore possono tutti influire sulla qualità del segnale.

La compensazione termica tiene conto delle variazioni della velocità del suono, ma non è in grado di correggere ogni condizione complessa relativa allo spazio di vapore. Inoltre, la misurazione a ultrasuoni non funziona normalmente in vuoto, poiché il suono richiede un mezzo per propagarsi.

12. Il fatto di non utilizzare il contatto non implica l'assenza di reattività chimica

Il trasduttore a ultrasuoni non deve toccare il liquido, ma la sua superficie, il collegamento di processo e le guarnizioni possono comunque essere esposti a vapori corrosivi, nebbia acida, spruzzi e condensato. La compatibilità chimica deve pertanto includere anche l'ambiente in fase gassosa.

13. Misuratori di livello magnetici

Un misuratore di livello magnetico utilizza normalmente una camera di bypass collegata al recipiente. Un galleggiante magnetico segue il livello del liquido e aziona un indicatore esterno mediante accoppiamento magnetico. L'indicazione locale può quindi rimanere disponibile senza alimentazione elettrica esterna.

14. Vantaggi dei misuratori di livello magnetici

• Indicazione visiva locale chiara;
• L'indicazione di base non richiede alimentazione elettrica;
• Tecnologia meccanica consolidata;
• Può essere progettata per applicazioni specifiche a temperatura e pressione elevate;
• Può essere dotata di interruttori o trasmettitori remoti.

15. Limitazioni comuni dei misuratori di livello magnetici

La questione fondamentale è se il galleggiante possa muoversi liberamente nell'intero intervallo operativo. Elevata viscosità, cristallizzazione, solidi sospesi, fango o depositi nella camera di bypass possono causare aggancio o ostruzione.

La densità del prodotto riveste un'importanza fondamentale, poiché il galleggiante deve essere progettato adeguatamente in base alla densità effettiva del liquido.

16. Il livello magnetico misura il liquido, non il vapore.

Ad esempio, un indicatore magnetico di bypass opportunamente progettato può indicare il livello di acqua in un tamburo a vapore, ma la variabile misurata è il livello del liquido. L'apparecchio non misura la fase di vapore stessa.

17. Gli acidi corrosivi e i prodotti caustici richiedono una revisione dei materiali

Un misuratore di livello magnetico non è automaticamente adatto a ogni acido forte o sostanza caustica. La camera, il galleggiante, il rivestimento, le guarnizioni e le specifiche di temperatura e pressione devono essere tutte compatibili con l'ambiente chimico specifico.

18. Un indicatore magnetico di livello può fornire un segnale 4–20mA?

Sì. A seconda della configurazione, i misuratori di livello magnetici possono essere abbinati a trasmettitori a catena a lamelle, a sistemi di rilevamento magnetostrittivo, a un segnale di uscita da 4–20 mA e a interruttori di livello magnetici. Non sono limitati alla sola indicazione visiva.

19. Confronto rapido delle tecnologie:

20. In quali casi è opportuno confrontare anche il radar?

Il radar a spazio libero merita di essere valutato quando si preferisce una misurazione senza contatto, la temperatura nello spazio di vapore varia, i mezzi corrosivi rendono difficoltosa l'impiego di dispositivi a contatto, gli interni del serbatoio sono gestibili e il mantenimento meccanico va minimizzato.

Il radar a onde guidate può essere preso in considerazione anche per liquidi a bassa costante dielettrica selezionati, per misurazioni di interfaccia e per applicazioni in cui un percorso definito della sonda si riveli utile. Il radar, tuttavia, non è immune alla presenza di schiuma, alla condensazione, all'accumulo di depositi o ai limiti dielettrici; pertanto, la sua scelta deve basarsi sull'analisi specifica dell'applicazione, piuttosto che essere considerata una soluzione automatica.

21. Dati minimi per la selezione del livello chimico:

• Nome del prodotto, concentrazione, densità, corrosività e viscosità;
• Proprietà dielettriche, se note;
• Temperatura e pressione normale e di progetto;
• Altezza del serbatoio, diametro, componenti interni e collegamenti di montaggio;
• Schiuma, vapore, agitazione, depositi e solidi;
• Requisiti di potenza, potenza di uscita e di comunicazione;
• Requisiti di certificazione relativi ad aree pericolose, igieniche o specifici per il progetto.

22. Scelta del principio di misurazione appropriato

I misuratori di pressione differenziale, di capacità, a ultrasuoni e magnetici rappresentano tutte tecnologie consolidate, ma ciascuno di essi risolve problemi di misurazione diversi. La scelta corretta parte dal comportamento fisico e chimico del processo, e non da una famiglia di strumenti preferita.

Quando la densità è stabile, il DP può risultare particolarmente efficace. La misurazione per capacità è particolarmente indicata quando il comportamento dielettrico e il rivestimento della sonda sono facilmente gestibili. La tecnica ultrasonica risulta economica in condizioni atmosferiche stabili. I misuratori di livello magnetici mantengono il loro valore nei casi in cui è fondamentale una segnalazione locale robusta. Il radar dovrebbe essere preso in considerazione nel confronto qualora la misurazione senza contatto, la variabilità dello spazio di vapore o condizioni meccaniche complesse lo rendano particolarmente adatto.