Un flussimetro conico di nuova geometria

Focus del lavoro è lo sviluppo di un nuovo flussimetro conico (FC) per flussi comprimibili e incomprimibili, basato sullo stesso principio dei comuni dispositivi a ostruzione, ma in una configurazione geometrica nuova, in grado di minimizzare le perdite fluidodinamiche e garantire un segnale di output più stabile rispetto al dispositivo originale, [1,2], e ad altri sistemi ad intrusione. La ricerca è nata per far fronte alla necessità manifestata da un centro di ricerca industriale di dover sostituire un vecchio misuratore “a turbina” che, vista la lunga vita operativa, era diventato troppo dispendioso in termini di manutenzione e sempre meno efficiente. Come si vedrà in seguito, il misuratore di portata deriva da un dispositivo di recente sviluppo (detto V-Cone dalla sua particolare geometria, ideato per garantire un flusso più stabile sia a monte che a valle del dispositivo per una misura più accurata della portata) ed è costituito da un dispositivo di forma prettamente conica, di profilo sostanzialmente differente da quello originale, che ha permesso un sistema di rilevazione del segnale di pressione più efficiente. Il dispositivo, schematizzato in figura 1, è collocato in posizione centrale all'interno della tubazione oggetto della misurazione, sostenuto da due sottili supporti (non visibili in figura), realizzati in acciaio (ma potrebbero essere in materiale diverso) e opportunamente sistemati per conferire maggiore stabilità durante l’esercizio. Il flussimetro conico interagisce con il flusso rimodellando il profilo di velocità e creando una vasta regione di bassissima pressione praticamente indisturbata immediatamente a valle dello stesso. La differenza di pressione, tra monte e valle del flussimetro, è legata alla velocità del fluido dall'equazione di Bernoulli che può essere, dunque, utilizzata per risalire alla portata volumetrica e alla portata massica, nota la densità del fluido, e valutato il coefficiente di taratura. Per determinare la geometria ottimale del dispositivo si è preliminarmente proceduto ad un’analisi CFD, sia 2-D che 3-D, del flusso (turbolento) intorno al dispositivo con il Fluent-Ansys, assegnate le condizioni di esercizio dell’impianto in cui il dispositivo deve essere utilizzato. Definita la geometria del flussimetro, si è utilizzato un modello CAD 3D (SolidWorks) come riferimento per la progettazione del prototipo, poi lavorato ad un tornio a controllo numerico. Infine, il dispositivo costruito sulla scorta del disegno prodotto è stato inserito nell’ impianto di distribuzione di gas cui è destinato, figura 2, operandone la taratura per confronto con il flussimetro a turbina preesistente, per valutarne le prestazioni.