Il controllo di livello nei processi industriali rappresenta un passaggio necessario.

Esistono diversi tipi di indicatori di livello, a seconda dei principi costruttivi e di funzionamento.

Tipologie di indicatori di livello

Ecco un elenco delle diverse tipologie di indicatori di livello:

1. Misuratore di livello con indicatore a galleggiante libero

Misuratore semplice dal punto di vista costruttivo e di funzionamento, si basa sul principio di Archimede, dove il galleggiante si sposta liberamente al variare del livello del pelo libero e il livello viene letto su una scala graduata appositamente disposta.

Nell’industria questi tipi di misuratori, insieme a quello con il galleggiante chiuso, vengono normalmente impiegati per misurare il livello in serbatoi di grandi dimensioni dove il segnale indicatore può essere opportunamente collegato in segnale elettrico o pneumatico e trasmesso ad un sistema di allarme e controllo.

2. Misuratore di livello con indicatore a tubo di vetro

 

Basato sul principio dei vasi comunicanti, è costituito da un tubo metallico con finestre di vetro altamente resistente che permette di visualizzare il livello di liquido; il tubo è collegato col serbatoio per mezzo di valvole che consentono di escluderlo in caso di necessità.

3. Misuratore di livello a gorgogliamento

 

Sostanzialmente in questo tipo di misuratore viene insufflata aria nel fondo nel fondo del serbatoio, e misurando la pressione dell’aria necessaria per il gorgogliamento (differenza di livello h), si ricava l’altezza H del liquido nel serbatoio.

4. Misuratore di livello a ultrasuoni

Questo tipo di misuratore si basa sull’impiego di sensori ultrasonori con a bordo dei convertitori acustici piezo-meccanici che inviano segnali ultrasonori, i quali vengono riflessi dalla superficie del liquido, e successivamente l’elettronica calcola la distanza dalla superficie, determinando l’altezza esatta del livello.

L’importanza dei dispositivi transduttori

Nel sistema di controllo sono di fondamentale importanza l’uso dei dispositivi trasduttori che hanno il compito di convertire una grandezza fisica in un’altra variandone alcune delle caratteristiche; è chiaro che una volta effettuata la misura della grandezza da controllare, il dato misurato deve essere inviato al registratore che ha il compito a sua volta di confrontarlo con il valore di set point impostato. In funzione dei segnali in ingresso e in uscita, i trasduttori sono:

• Meccano-elettrici
• Meccano-pneumatici
• Elettro-pneumatici

Nella pratica industriale, le grandezze più usate per le trasmissioni dei segnali sono intensità elettrica e la pressione di un fluido.
Ribadendo che nella pratica industriale la misura del livello nei serbatoi è di grande rilevanza sia sotto il profilo della sicurezza, sia per il controllo del processo, la regolazione della misura eseguita attraverso dei regolatori ad azione combinata costituisce una soluzione efficace e affidabile.

Un esempio di controllo di livello nei processi industriali

Considerando il nostro modello di riferimento, ovvero un serbatoio sottoposto a riempimento – svuotamento in regime continuo, e facendo un’analisi del sistema, le variabili identificate sono le seguenti:

• 1. Variabile controllata: Livello del liquido
• 2. Disturbo: Variabilità della portata in ingresso
• 3. Elemento di misura: Misuratore di livello
• 4. Variabile misurata: Valore del livello misurato dallo strumento
• 5. Set point: Livello di riferimento
• 6. Errore: Differenza tra il livello misurato e quello di riferimento
• 7. Controllore: Il componente che determina il tipo di azione
• 8. Elemento finale di controllo: Valvola di regolazione della portata in uscita
• 9. Variabile manipolata: La portata in uscita

Di seguito analizziamo il controllo del livello di un serbatoio in regime di flusso continuo, partendo dalla descrizione dei principali tipi di misuratori a livello.

Fig. 6 – Schema di processo per controllare il livello in un serbatoio

Il controllo automatico del livello di un serbatoio si può controllare manipolando la portata di alimentazione, qualora la portata di scarico sia costante, oppure inversamente manipolando la portata di scarico con la portata di alimentazione costante. L’innovazione tecnologia ha prodotto dei dispositivi professionali basati su diversi principi fisici e perfettamente integrabili all’interno di un sistema di controllo del processo.
ASV Stubbe offre una vasta gamma di strumentazione per la misurazione del livello nei serbatoi, i dispositivi a disposizione nel catalogo aziendale sono fondamentalmente sensori e livelli per liquidi inquinati e corrosivi quali:

• Sensore di livello idrostatico ASV HFT
• Misuratore di livello HydroFull
• Sonde di livello conduttivi (CFP)
• Trasmettitori di livello a pressione NIS
• Switch Bistabile BSS per livelli
• Sensore a ultrasuoni UFM

Misuratore di livello HydroFull

Di seguito esaminiamo il misuratore di livello HydroFull. In questi dispositivi i trasmettitori funzionano sul principio della pressione idrostatica: la pressione generata dal livello del liquido nella tubazione immersa viene convertita in un segnale elettrico per la misura di livello di fluidi aggressivi. In questi dispositivi i trasmettitori possono essere installati direttamente sopra alla vasca oppure utilizzando una tubazione flessibile. La disponibilità di gamma offre prodotti in PVC e PP con un range di temperatura fino a 90°C, con tecnologia analogica e con i relays configurabili dall’utente.
Ora vediamo alcune caratteristiche tecniche d’interesse da considerare per la scelta dello strumento per il controllo di livello nei processi industriali.

Caratteristiche tecniche:

• Alimentazione elettrica:
  12 ÷ 28 V DC, max 5% di ondulazione residua
• Intervallo operativo di temperatura ambiente:
  15°C ÷ +60 °C
• Intervallo di temperature medie:
  PVC: 0 ÷ +60 °C
  PP: 0 ÷ +90 °C
• Segnale in uscita:
  4 ÷ 20 mA
• Cavo del connettore:
  sezione minima 0.5 mm2
• Alloggiamento dl terminale:
  PBT GF, IP 65 secondo lo standard EN 60529

Da osservare le prescrizioni di manutenzione indicate nel catalogo riguardo:
Carico in relazione alla tensione di alimentazione per verificare la zona operativa di sicurezza.
Caratteristiche d’impiego in funzione della densità dei liquidi (fattore di densità relativa f)