Basse portate di liquidi: cosa sono e come gestirle

Precision Fluid Controls ci porta nel mondo dei liquidi per parlarci della “bassa portata”. Scopriamo le caratteristiche di questo settore applicativo dando uno sguardo ai prodotti di Bronkhorst High-Tech, specializzato in misuratori e regolatori.

Nel settore delle misurazioni e dei controlli di portata, cosa hanno in comune i microreattori, la ricerca sui catalizzatori e il dosaggio di odorizzanti? Devono tutti gestire basse portate di liquidi. Le portate infatti si distinguono in alte e basse. Ma cosa si intende precisamente? Bronkhorst High-Tech è un fornitore di misuratori e regolatori che rientrano proprio nella categoria “bassa portata”. Precision Fluid Controls, che rappresenta il marchio in Italia, ci spiega cosa si intende per “bassa portata di liquidi”, oltre a darci una serie di utili consigli applicativi in questo ambito.

Cosa si intende per portate di liquidi basse e ultra basse

La definizione di “bassa” è arbitraria e dipende dall’ambito di attività. Nell’industria ad esempio, le portate inferiori a 500 kg/h sono considerate basse, mentre la stessa definizione nel settore della ricerca è attribuita a portate inferiori a 100 g/h. In questo articolo il focus è sulla gestione (cioè misurazione e controllo) di portate di liquidi fino a 100 g/h e su portate ultra basse, ovvero comprese nell’intervallo 0 – 5 g/h. Per darvi un’idea, consideriamo una gocciolina d’acqua. Con un diametro tipico di mezzo centimetro, 100 g l’ora equivale a circa 2.000 goccioline d’acqua per ora, un valore piuttosto basso. Inoltre 100 gocce corrispondono a 5 grammi da dosare in un’ora. Strumenti accurati per la misurazione e il controllo di portate di liquidi basse hanno dato prova di poter essere impiegati in una vasta gamma di applicazioni.

Alcuni pratici esempi applicativi

Diamo una serie di esempi, partendo dall’alimentazione di 100 g/h di olio da perforazione come agente lubrificante, che viene monitorata durante l’esecuzione di fori nella produzione di componenti per la fusoliera di aeromobili. Oppure nell’ambito di R&S, una portata di etanolo liquido ultra bassa di 2 g/h viene fatta evaporare per generare un flusso di vapore di etanolo stabile come sorgente di carbonio per la produzione di grafene di alta qualità. Nello studio della catalisi ad alta pressione invece, le portate di liquidi basse per composti di idrocarburi devono essere dosate come una portata stabile, senza pulsazione. I microlaboratori su chip e altri dispositivi microfluidici nei settori farmaceutico e biotecnologico consentono di ridurre notevolmente il numero di prodotti chimici, e la durata degli esperimenti rispetto ai mezzi tradizionali. Infine, l’odore tipico del gas naturale o biogas deriva da un “agente di avvertimento” che viene aggiunto artificialmente, iniettato continuamente in piccole quantità come additivo liquido. In tutti questi casi, la misurazione o il dosaggio della corretta quantità di liquido, né troppo né troppo poco, è fondamentale per la corretta esecuzione del processo.

Portata massica o portata volumetrica?

Nel paragrafo precedente, la portata viene espressa in unità di massa, come grammi/ora o milligrammi/secondo. Molti utilizzatori invece pensano e lavorano con unità di volume. Questo metodo va bene finché si parla delle stesse condizioni di riferimento. Perché scegliere un misuratore massico termico o ad effetto Coriolis per la misurazione delle micro portate? In che modo una portata di liquido bassa inferiore a 100 g/h differisce da quelle normali o elevate?

Le applicazioni a portata (ultra) bassa coinvolgono fenomeni che non vengono riscontrati né sono rilevanti in portate più grandi. A causa della quantità molto piccola di liquido trasportato, le portate (ultra) basse sono talmente sensibili che anche i minimi disturbi nel processo o nelle condizioni ambientali possono avere un effetto enorme sulla loro stabilità. Di conseguenza, in questo caso l’influenza delle condizioni esterne sulla stabilità della portata, così come i mezzi per controllarle, svolgono un ruolo fondamentale.

Per esempio, anche piccole perdite di gas o liquidi all’interno o all’esterno del processo influiscono molto sulla portata di liquido desiderata. Inoltre, qualsiasi ostruzione causata da particelle solide o contaminazioni nelle tubature di bassa portata del liquido ridurrà ovviamente quest’ultima in modo notevole, con effetti indesiderati. In particolare per il dosaggio con portata di liquidi bassa, pressioni instabili comporteranno portate instabili, come pure variazioni nella pre-pressione, pulsazioni dovute a volumi eccessivi della corsa della pompa rispetto alla portata e dissoluzione del gas (aria pressurizzata) durante la pressurizzazione del liquido da dosare.

La conoscenza dell’applicazione e i fenomeni di trasporto fisico del processo sono essenziali per trattare la complessa gestione della bassa portata. L’ottimizzazione della stabilità della portata e delle prestazioni dei sistemi di fluidi richiede una conoscenza approfondita delle caratteristiche dei fluidi, e dei componenti del sistema in un’ampia serie di circostanze. Ogni componente utilizzato in un sistema di fluidi può influire sul comportamento di un fluido o interagire con altri componenti, specialmente quando si tratta di portate basse.

Una ricca offerta di soluzioni

Nella gamma di prodotti Bronkhorst, i misuratori e i regolatori di portata massica µ-FLOW e LIQUI-FLOW a base termica, e i dispositivi mini CORI-FLOWML120 e mini CORI-FLOW M12 a base Coriolis sono ideali per applicazioni con portata di liquido (ultra) bassa. Nei casi in cui un misuratore di portata massico sia composto da un sensore che misura solo la portata del fluido, il regolatore di portata massico combina il sensore con una valvola di controllo per controllare la portata del fluido. I regolatori di portata vengono comunemente utilizzati per generare una portata stabile. Per avere prestazioni ottimali, è necessario però molto più di un semplice regolatore di portata. Ad esempio, bisogna assicurarsi che non vi siano perdite nella configurazione e utilizzare tubi di volume ridotto. Inoltre, in contenitori pressurizzati si deve evitare l’uso di gas che si dissolve nel liquido, oppure è necessario utilizzare mezzi per rimuovere questo gas.