Source: http://www.verticale.net/le-criticita-delle-misure-delle-grandezze-10113
Timestamp: 2017-12-16 12:52:33+00:00
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Matched Legal Cases: ['arte 1', 'arte 2', 'arte 1', 'art 1', 'art 2', 'art 3', 'art 4']

Per permettere lunghezze di inserzione adeguate, anche nel caso di sensori lunghi e condotti piccoli, si devono adottare alcuni accorgimenti come la realizzazione di pozzetti termometrici e l'inclinazione dello stelo.
Il posizionamento in curva permette inoltre di aumentare h e ridurre quindi gli errori per conduzione e irraggiamento.
Ingegneria dell’Università degli Studi di Ferrara Segui
Pier Ruggero Spina, Ingegneria dell’Università degli Studi di Ferrara
Parole chiave: Cogenerazione , Sensori
Veronafiere 19 ottobre 2016 Gli atti dei convegni e più di 7.000 contenuti su www.verticale.net Michele Pinelli, Pier Ruggero Spina Dipartimento di Ingegneria Università degli Studi di Ferrara Le criticità delle misure delle grandezze termofluidodinamiche in relazione alle linee guida della CAR 19 ottobre 2016 - Veronafiere Centro Congressi "Palaexpo" Cogenerazione ed efficienza energetica 2 �'� Il D.M. 5/9/2011, che definisce il regime di sostegno per la CAR e le condizioni per accedervi, ha completato il recepimento della Direttiva
2004/8/CE, iniziato con il D.Lgs. 20/2007 e il D.M. 4/8/2011. �'� Negli articoli del D.M. 5/9/2011 (artt. 5, 7, 8), si fa menzione all'obbligo di disporre di idonea strumentazione per la contabilizzazione delle
elettrica, calore utile, energia immessa con il combustibile) �'� Al fine di rendere di più facile comprensione l�''applicazione del DM 5/9/2011, sono state emanate, nel Gennaio 2012, con aggiornamento a
Marzo 2012, �''Linee guida per l�''applicazione del Decreto del
Ministero dello Sviluppo Economico 5 settembre 2011 �''
Cogenerazione ad Alto Rendimento (CAR)�'� che si pongono l�''obiettivo
casi che possono presentarsi. Introduzione 3 �'� Nell�''Appendice C sono riportate indicazioni e requisiti sulla �''strumentazione necessaria e relativa accuratezza�'� necessaria per la
determinazione dei flussi energetici (energia primaria, elettricità, calore). Misura di F - Energia primaria introdotta. La determinazione
della quantità di energia primaria si ottiene da misure o
del suo potere calorifico. Misura di H - Calore utile esportato. La misura dell�''energia
termica utile è effettuata mediante misurazione e/o totalizzazione
riguarda i flussi di liquidi è ammessa la sola misura della
temperatura. Per impianti di piccola e micro cogenerazione è
ammesso l�''impiego di contatori di calore. Introduzione 4 Prescrizioni delle Linee guida - CAR 5 «I requisiti di accuratezza dei diversi tipi di misure, indicati nella
seguito citate» «I valori di accuratezza indicati in tabella sono riferiti al valore
letto e si basano su un intervallo di confidenza del 95%» «Dove le norme presentano diverse classi di accuratezza, si è fatto
generalmente riferimento a strumentazione di classe intermedia» «In alcuni casi i valori di accuratezza indicati dalle norme sono stati
scala del misuratore» Appendice C - Linee guida - CAR 6 Prescrizioni Linee guida - CAR 7 Prescrizioni Linee guida - CAR 8 Misure di pressione (± 0.5 %) 9 Strumenti di misura della pressione Esiste un�''enorme varietà di trasduttori di pressione; questi sono
l�''accuratezza Accuratezza strumentale ed evidenziano come è stata ottenuta 11 Molto attenzione va rivolta però a valutare gli altri errori. L�''errore per effetti di temperatura può essere molto elevato,
risultando anche notevolmente superiore all�''accuratezza
dichiarata dello strumento Accuratezza strumentale Anche offset e stabilità possono essere significativi Stabilità: un sensore invecchia naturalmente e
aumenta la sua incertezza. Si può ovviare (in
parte) con la taratura 12 La Total Error Band (TEB) è la differenza tra la deviazione più
negativa e più positiva dal valore vero della pressione, determinata
pressione e di temperatura d'esercizio. Indica il caso peggiore che possa capitare ed è il valore che
cautelativamente andrebbe considerato per l�''accuratezza
strumentale Accuratezza strumentale �'' Total Error Band 13 Pressione �'' Requisiti di installazione Non esistono norme specifiche che definiscano i requisiti di installazione
degli strumenti di pressione. Questi possono essere desunti da - Norme esiste una Norma ad hoc per la trasmissione da elementi «primari»
ISO 2186 (2007) - Fluid flow in closed conduits �'' Connections for pressure
signal transmissions between primary and secondary elements che a sua volta richiama altre Norme (tra le quali la UNI ISO 5167) prescrizioni fornite dalla Norma UNI EN ISO 9906 (2004) «Pompe
Livelli 1 e 2» - Letteratura Benedict, Fundamentals of temperature, pressure and flow measurements, John
del piping 14 Pressione - Alcuni suggerimenti da altre fonti Prescrizioni fornite dalla Norma UNI EN ISO 9906 «Pompe rotodinamiche - Prove
di prestazioni idrauliche e criteri di accettazione - Livelli 1 e 2» 15 Catena di misura per lettura on-site tubi di connessione
display (da mA a bar �'' necessità della
curva di taratura inserita dal costruttore) Catena di misura per lettura a DCS tubi di connessione
programma di acquisizione (da mA a bar �''
necessità della curva di taratura inserita dal
programmatore) Catene di misura diverse hanno accuratezze diverse Pressione: catena di misura Strumento Cavi di trasmissione Convertitore A/D Uscita 16 Considerazioni sulle prescrizioni delle Linee guida - CAR sulle misure di pressione 17 Se si considera l�''accuratezza
definita usualmente (linearità,
isteresi, ripetibilità) è plausibile
Linee guida - CAR. In realtà, se si fa riferimento alla
devono soddisfare requisiti più
l�''intera catena di misura, il
requisito diventa ancora più
requisiti di installazione. Cosa dicono le Linee guida - CAR 18 Nota bene: il valore di accuratezza è sul valore letto, quindi uno strumento
con accuratezza ± 0.5 % FS molto difficilmente può andare bene Esempio
Accuratezza: A [%] = ± 0.5 % FS
L�''incertezza di misura introdotta dallo strumento è pari a
U = ± 0.005 bar g su tutto il campo di misura. Cosa dicono le Linee guida - CAR Quindi l�''incertezza sul valore letto Valore di progetto R1 = 0.5 bar g, U [%] = 1.00 %
In esercizio R2 ~ 0.3 bar g. U [%] = 1.67 % E�'' necessario scegliere lo strumento di classe adeguata E con il fondo scala adeguato 19 Misure di temperatura t �'� 600 °C �'' ± (0.15 °C + 0.002 | t |) t > 600 °C �'' ± (1.50 °C + 0.004 | t |) 20 Termoresistenze - Norma CEI EN 60751 (2009) Termometro a resistenza in platino PRT
dispositivo sensibile alla temperatura, costituito da uno o più resistori
massimo scostamento iniziale(1) ammesso, espresso come t (t) in °C, rispetto alla funzione temperatura/resistenza nominale R (t) (1) Prima di un qualsiasi utilizzo del resistore o del termometro si deve effettuare la sua taratura. Queste tolleranze si applicano ai termometri con qualunque valore di R 0. Se l'intervallo di temperatura specificato per un particolare termometro è più limitato rispetto a quello riportato nella tabella, questo
deve essere indicato Il termine «massimo scostamento» intende che la specifica della Norma è un valore limite
al quale il costruttore deve attenersi. In realtà, spesso i termometri RTD hanno accuratezza
superiore, ma questa è applicabile solo se accompagnata da un certificato di taratura Termoresistenze - Norma CEI EN 60751 (2009) 22 RTD Ponte di Wheatstone La catena di misura di una termoresistenza è costituita da una serie di
elementi dei quali la RTD è solo una delle componenti Cavi di collegamento Ponte di Wheatstone: circuito che permette la
misura di una variazione di resistenza La disposizione dei cavi di collegamento è essenziale per la qualità
della misura e per il rispetto delle tolleranze Conversione A/D Conversione D/A Funzione R-T Termometro Display o Trasmettitore Termoresistenza: catena di misura 23 Principio di funzionamento Termocoppia: Coppia di conduttori di materiali diversi congiunti a una delle
loro estremità (giunto), per formare un insieme utilizzabile per misurare la
temperatura attraverso l�''effetto termoelettrico. Giunto di misura (giunto caldo): Giunto posto alla temperatura da misurare. Giunto di riferimento (giunto freddo): Giunto della termocoppia la cui
redatte sulla base di una temperatura di riferimento uguale a 0 °C. 24 Termocoppie: sensore Tipo Limiti di temperatura [ °C] Simbolo Materiali S (Platino-10% Rodio)/Platino -50 / 1760 R (Platino-13% Rodio)/Platino -50 / 1760 B (Platino-30% Rodio)/Platino - 6% Rodio 0 / 1820 E Cromel (NiCr) / Constantana (CuNi) -270 / 1000 J Ferro / Constantana (CuNi) -210 / 1200 K Cromel / Alumel -270 / 1370 T Rame / Constantana (CuNi) -270 / 400 Si potrebbe costruire una termocoppia virtualmente con una combinazione
In realtà, sono presenti una serie di termocoppie standard formate dai seguenti
materiali, che differiscono per sensibilità, accuratezza e campo di misura 25 Termocoppia Giunto di riferimento Voltmetro Funzione E-T Conversione A/D Cavi di collegamento Ogni stadio della catena di misura si porta dietro una sorgente di errore che entra
nella definizione dell�''incertezza di misura finale Per conoscere la temperatura da misurare è necessario misurare la temperatura di
riferimento Termocoppia: catena di misura 26 Termocoppie: giunto di riferimento 1. La temperatura del giunto freddo viene mantenuta ad un valore noto
di riferimento alla temperatura di 0 ° C (bagni di ghiaccio) 2. Ci si riporta al caso 0 °C mediante un circuito compensatore che può essere
giunto freddo 27 Termocoppie. Parte 1: Tabelle di riferimento Termocoppie - Norma CEI EN 60584-1 (1997) La presente Norma Internazionale fornisce delle tabelle di
nell�''Allegato A, quindi non vengono fornite indicazioni delle
rispettive funzioni inverse. 28 La presente Norma riporta le tolleranze di fabbricazione per le
conformemente alle tabelle di riferimento f.e.m. �'' temperatura
forniti all�''utilizzatore e non tengono conto delle derive della
taratura durante l�''uso Termocoppie. Parte 2: Tolleranze Tolleranza
Tolleranza di una termocoppia è lo scarto massimo ammesso,
della Parte 1 della Norma, quando il giunto di riferimento è a 0 °C e il giunto di misura è portato alla temperatura appropriata (t / °C). Termocoppie - Norma CEI EN 60584-1 (1997) 29 Termocoppie - Norma CEI EN 60584-1 (1997) 30 Questa Norma specifica le tolleranze costruttive per i cavi di prolunga e di
Tolleranza di un cavo di estensione o di compensazione è la massima
deviazione addizionale espressa in microvolt causata dall�''introduzione dei
cavi all�''interno della catena di misura Termocoppie - Norma CEI EN 60584-3 (1997) 31 Errori di installazione comuni alle misure di temperatura con strumenti ad inserzione 32 Questi errori si presentano ogni qualvolta un sensore ad
temperatura e scambia calore con l�''ambiente circostante in cui
è posto. Gli errori fisici principali sono: �'�per conduzione �'�per irraggiamento �'�per effetti di velocità. Errori di installazione 33 Errori dovuti alla conduzione 34 Errori dovuti alla conduzione 35 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 150 350 550 750 Errore [°C] TW h = 100 W/(m^2 K) h = 500 W/(m^2 K) Tg = 570 °C Vapore surriscaldato in ingresso turbina in una condotta da 32�'� Errori dovuti all'irraggiamento 36 Per permettere lunghezze di inserzione adeguate, anche nel caso
ridurre quindi gli errori per conduzione e irraggiamento Installazione 37 Considerazioni sulle prescrizioni delle Linee guida - CAR sulle misure di temperatura 38 Cosa dicono le Linee guida - CAR (T �'� 600 °C) Per temperature inferiori a 600 °C, l�''accuratezza richiesta è coincidente con
con collegamento a 3 o 4 fili (però solo
fino a 450 °C). Per ottenere questa accuratezza sul
valore letto con termoresistenze classe
A bisognerebbe escludere tutte le altre
sorgenti di errore L�''accuratezza richiesta è più facilmente
ottenibile con termoresistenze classe AA Per temperatura tra 250-300 °C e 600 °C, gli errori di installazione potrebbero però pesare significativamente e l�''incertezza può risultare più elevata I valori di accuratezza indicati in tabella sono riferiti
al valore letto 39 Per temperatura superiori a 600 °C, l�''accuratezza richiesta sembra
Classe 1 di tolleranza. Come visto, sopra i 600 °C gli errori di installazione possono però pesare
raggiungere l�''accuratezza richiesta è
necessaria cura nell�''installazione. Termocoppie tarate individualmente con fornetto di taratura e catena campione
possono arrivare ad accuratezze elevate Cosa dicono le Linee guida - CAR (T > 600 °C) I valori di accuratezza indicati in tabella sono riferiti
al valore letto 40 Misure di portata (± 2.0 %) 41 ISO 5167-1:2003, Measurement of fluid flow by means of
conduits running full �'' Part 1: General principles and
conduits running full �'' Part 2: Orifice plates ISO 5167-3, Measurement of fluid flow by means of pressure
conduits running full �'' Part 3: Nozzles and Venturi nozzles ISO 5167-4, Measurement of fluid flow by means of pressure
conduits running full �'' Part 4: Venturi tubes Dispositivi a strozzamento 42 Misurando l�''entità della differenza di pressione �''p m, disponendo di coefficienti (coefficiente di efflusso C e di comprimibilità ε) determinati su dispositivi
D e dell�''elemento primario d (e quindi il loro rapporto β), è possibile calcolare la portata in massa m attraverso la seguente relazione: m 1 2 4 1 2 4 1 p d C m �'' �'' = ρ �' β ε Principio di misura ( )( ) ( ) . 8 . 0 031 . 0 1 11 . 0 1 123 . 0 080 . 0 043 . 0 Re 10 ) A 0,0063 188 0 , 0 ( Re 10 1 00052 , 0 16 2 , 0 0,0261 1 596 , 0 3 . 1 1 . 1 ' 2 ' 2 4 4 7 10 3 , 0 6 5 , 3 7 , 0 6 8 2 1 1 β β β β β β β M M A e e C L L �'' �'' �'' �'' �'' + +       �'' + +       �'' + �'' + = �'' �''  
   
        �'' + + �'' = k p p / 1 1 2 8 4 1 ) 93 , 0 0,0261 351 , 0 ( 1 β β ε 43 Dispositivi a strozzamento 44 La soluzione più semplice è calcolare direttamente la densità attraverso
l�''equazione di stato Compensazione in T e p 1 mis mis p Z RT ρ = e utilizzarla dinamicamente nel calcolo della portata Per una valutazione corretta della densità è quindi necessario conoscere il
fattore di compressibilità Z e la costante dei gas R, che dipendono entrambi dalla
cromatografo in linea) La compensazioni in temperatura e pressione è la determinazione della variazione
di densità tra il valore di utilizzo e il valore di progetto. m 1 2 4 1 2 4 1 p d C m �'' �'' = ρ �' β ε 45 Requisiti di installazione Riguardano principalmente: �'� posizione e modalità della misura della temperatura e della pressione, e conseguente modalità di calcolo della densità,
necessari per la compensazione �'� verifica che le condizioni del flusso all�''ingresso dell�''elemento di misura siano: Swirl-free (assenza di componente tangenziale della
velocità; l�''angolo di swirl deve essere minore di 2 °) Flusso completamente sviluppato Perché questo accada devono essere rispettate le lunghezze di
calma (con o senza condizionatore di flusso) dichiarate dalla Norma 46 Lunghezze di calma �'� Sono prescritte sia lunghezze a monte che lunghezze a valle (che devono essere
rispettate affinché sia valido il coefficiente di efflusso dato dalla Norma) �'� Nel caso di più ostacoli in serie bisogna rispettare distanze sia da uno che dall�''altro,
o da una combinazione di questi Dalla Normativa americana ASME PTC 19.5 47 Fonti di incertezza Come visto le fonti di incertezza sono numerose. Per ottenere una misura
corretta vanno tenute tutte sotto controllo e verificato che siano rispettate d, D 0.1 % - 0.2 % �''p 0.1 % - 0.5 % ϱ 0.5 % - 1.5 % U portata in massa= 0.7 % - 4.0 % C 0.5 % - 2.0 % ε 0.5 % - 1.0% 48 Misure con sistemi alternativi ai dispositivi a
a) - misuratori a turbina b) - misuratori elettromagnetici c) - misuratori a vortici d) - misuratori ad ultrasuoni in linea e) - misuratori massici (Coriolis) Dispositivi alternativi a quelli a strozzamento (a) (b) (c) (d) (e) 49 Vortex Termici Disp. a strozzamento Ultrasuoni Magnetici Coriolis 50 Dispositivo Accuratezza 1 sensibilità alla collocazione Caduta di pressione Costo a strozzamento 1.0 % - 3.0 % alta medio-alta basso elettromagnetico 0.15 % - 1.0 % media trascurabile medio-alto a ultrasuoni 0.3 % - 1.5 % media trascurabile medio-basso a vortici 0.5 % - 1.0 % medio-alta medio-bassa medio Coriolis 0.05 % - 0.2 % bassa media molto alto termico 0.5 % - 3.0 % media bassa medio Misure di portata: qualche numero 1 Dipende dal tipo di fluido (liquido o gas). Come regola generale, la misura di portata di gas è meno accurata della misura di portata di liquido (rapporti fino a 1:3) 51 Considerazioni sulle prescrizioni delle Linee guida - CAR sulle misure di portata 52 I valori di accuratezza indicati in tabella sono
riferiti al valore letto Rraggiungere l�''accuratezza richiesta
con dispositivi a strozzamento non è
semplice ed è richiesta notevole
attenzione nell�''utilizzo di questi
sistemi, in particolare per la misura
della portata in massa di gas. Altri dispositivi (turbine, a vortici,
l�''accuratezza richiesta, ma sono
significativamente più costosi. I dispositivi massici sono quelli che oggi potrebbero permettere le accuratezze
finali più elevate, ma sono ancora più costosi e limitati nelle dimensioni massime
dei condotti Cosa dicono le Linee guida - CAR 53 Contatori di calore (± 5.0 %) 54 Quando le portate in gioco non sono elevate e il fluido è un liquido (acqua)
integrati (o anche non integrati) per la misura dell�''energia termica. Sono costituiti da un misuratore di portata volumetrico
due termoresistenze, una �''calda�'� e una �''fredda�'�
un calcolatore/integratore I contatori di calore [UNI EN 1434-1 (2007) 55 Requisiti metrologici Calcolatore (calculator) Coppia di sensori di temperatura (temperature sensor pair) Sensore di portata (flow sensor) Il contatore, integrato o non integrato, deve avere un errore non
ciascun sottogruppo % 56 Requisiti di installazione Sensori di temperatura
(solitamento sono Pt 100, Pt 500 o Pt 1000) In generale si può dire che devono essere rispettate le giuste
lunghezze di immersione e la distanza dal calculator 57 Requisiti di installazione Calculator
Anche il software di calcolo andrebbe verificato. La Norma dice
"Software that is critical for metrological characteristics shall be identified as
such and shall be secured. Its identification shall be easily provided by the
meter (or sub-assembly). Evidence of an intervention shall be available for
a reasonable period of time �'� 58 Considerazioni sulle prescrizioni delle Linee guida - CAR sui contatori di calore 59 I valori di accuratezza indicati in tabella sono
riferiti al valore letto L�''accuratezza richiesta è cautelativa
ma è consigliabile l�''utilizzo di
dovute all�''installazione vanno tenute
l�''incertezza sul �''T può essere significativa UT 1 = ± 0.15 °C UT 2 = ± 0.15 °C U�''T = ± 0.2 °C, ma per �''T = 20 °C,
l'incertezza risulta essere dell�''1.00 % Cosa dicono le Linee guida - CAR 60 Grazie per l'attenzione michele.pinelli@unife.it pier.ruggero.spina@unife.it