Una buona tenuta è sinonimo di sicurezza: misurazione della pressione nelle tubazioni

Una buona tenuta è sinonimo di sicurezza: misurazione della pressione nelle tubazioni

Sotto i nostri piedi si sviluppa un’infrastruttura largamente ramificata, senza la quale l’economia e la società non funzionerebbero. Milioni di chilometri di tubature trasportano gas naturale, biogas, acque dolci e acque reflue dai fornitori ai consumatori. Soprattutto nel caso di sostanze a rischio di esplosione come il gas, la sicurezza riveste un ruolo importante. Sprechi di risorse e inquinamento ambientale possono essere anche la conseguenza di perdite nelle tubature. UNION Instruments ha appena sviluppato un kit di controllo della pressione, che facilita di gran lunga la prova di tenuta. A tale scopo vengono utilizzate anche le celle di misura della pressione della STS.

Il kit di controllo della pressione PMS3000 della UNION Instruments GmbHè stato progettato per eseguiretutte le operazioni necessarie alla prova di tenuta delle tubazioni con i componenti collegati gli uni agli altri in un unico sistema. 

I campi di applicazione sono molteplici: 

  • fornitura di gas secondo DVGW G469-(A) A2, B2, B3, C3 e D2
  • fornitura di acqua potabile secondo DVGW W400-2, parte 16
  • ingegneria dei processi industriali, industria, tecnologia di processo
  • tubazioni di teleriscaldamento
  • sonde geometriche
  • guaine per cavi
  • fognature

Immagine 1: Kit di controllo della pressione PMS3000 (Fonte: UNION Instruments)

A questo punto vogliamo concentrarci sulla prova di tenuta delle tubazioni di acqua potabile attraverso il cosiddetto processo di contrazione (o controllo della pressione di contrazione). Come mezzo di prova si utilizza l’acqua. 

Processo di contrazione nella fornitura di acqua potabile 

L’acqua potabile spesso scorre attraverso tubi di plastica. Se viene applicata una pressione di prova maggiore, si avrà di conseguenza un aumento del volume. Questa espansione provoca un calo di pressione che rende più difficile la prova di tenuta. Inoltre, occorre accertarsi che il condotto che si sta controllando sia sufficientemente privo di aria. Lo speciale processo di contrazione garantisce che qui possa avvenire un corretto accertamento della tenuta. Gli standard sono stabiliti nella certificazione DVGW foglio W400-2, parte 16. 

Per eseguire il processo di contrazione secondo W400-2, parte 16 oltre al kit di controllo della pressione PMS3000, serve il kit di scarico della pressione DAK2000, in modo da poter rilevare la quantità di acqua di scarico in modo centrale e indipendente dal volume di uscita e di poterla trasmettere al PMS3000. Grazie a questo collegamento diretto si riducono gli interventi manuali e si evitano errori di trasmissione. In aggiunta, serve una pompa per fare aumentare la pressione. Anche per questo scopo l’UNION Instruments ha a disposizione diverse soluzioni fatte su misura per il PMS3000.

Immagine 2: Processo di contrazione secondo W400-2, parte 16 (Fonte: UNION Instruments)

Il processo di contrazione (vedi immagine 2) è relativamente complesso e si sviluppa in più fasi. La prova di tenuta si svolge in un arco di 3 o 4 ore. Con il PMS3000 il processo si suddivide in sette fasi. Nella prima fase, la fase di distensione, vengono misurate la pressione statica dell’acqua e la temperatura della tubazione. Poi inizia la fase in cui si verifica l’aumento della pressione. È necessario raggiungere la pressione di prova, che è circa 4 bar più alta della pressione di esercizio. Questa fase si svolge nell’arco di dieci minuti. La velocità con cui la pressione aumenta può essere osservata con il PMS3000 e questo consente una prima valutazione dell’assenza d’aria.

Una volta raggiunta la pressione di prova, inizia la fase di mantenimento della pressione. Il mantenimento della pressione si ottiene con pompaggio continuo. Nella successiva fase di riposo si osserva un calo della pressione con una conseguente riduzione della pressione in percentuale della pressione di prova: la pressione non può diminuire più del 20 percento.

Dopodiché segue la diminuzione della pressione per controllare l’assenza d’aria. In questa fase viene fatta defluire l’acqua, la quantità di acqua di scarico viene misurata e trasmessa al PMS3000. Defluendo, l’acqua dovrebbe generare un certo calo della pressione. Se questo non si verifica, significa che nella tubazione che si sta controllando c’è troppa aria.

Terminata questa fase, inizia una verifica principale di 30 minuti, in cui viene applicata nuovamente pressione nella tubazione. Nel caso in cui si verifichi un calo della pressione, la verifica principale viene prolungata di 90 minuti. Durante questo periodo di tempo la pressione non può diminuire più di 0,25 bar, altrimenti significa che la tubazione perde.

L’intero svolgimento della prova viene salvata sulla scheda SD del kit di controllo della pressione e, senza bisogno di software di valutazione, è disponibile per l’utente come protocollo PDF.

Per misurare la pressione il PMS3000 è dotato di un sensore di pressione piezoresistivo della STS. Poiché il kit di controllo della pressione è utilizzato in diverse applicazioni, i requisiti della cella di misura sono elevati: deve riuscire a rappresentare un ampio intervallo di pressione che parta da pochi mbar fino ad arrivare a 1000 bar (per es. prova di tenuta in sistemi idraulici) e, allo stesso tempo, funzionare con estrema precisione.Così, le richieste fatte alla STS da parte della UNION Instruments includono una stabilità di 5 mbar per modifiche della temperatura ambientale di 15 Kelvin con pressioni di prova da 20 a 25 bar. Qui trovate maggiori informazioni sull’integrazione delle celle di misura piezoresistive in applicazioni già esistenti.

Le caratteristiche del sistema PMS3000 in sintesi:

  • kit di controllo della pressione robusto, impermeabile e adatto a cantieri edili
  • stampa del protocollo integrata
  • display touch a colori
  • scheda di memoria SD da 32 GB mobile leggibile tramite USB
  • varie porte esterne
  • processo di verifica delle direttiveDVGWG469 (A) : 2010 e W400-2 : 2004 sono memorizzati nel dispositivo
  • linea completa di componenti di collegamento e pompe di prova per l’aumento della pressione a disposizione
  • trasduttore piezoresistivo della STS integrato con un campo di misurazione della pressione da 100 mbar a 1000 bar (curva caratteristica: ≤ ± 0.50 / 0.25 % FS)
Prova di tenuta garantita con il metodo della pressione relativa e assoluta

Prova di tenuta garantita con il metodo della pressione relativa e assoluta

Le perdite possono avere conseguenze fatali: per rendere i processi produttivi efficienti e per evitare la sostituzione dei prodotti, un’azione costosa e che danneggia l’immagine dell’azienda, è necessario controllare tutte i componenti già dalle prime fasi del processo di produzione. La prova di tenuta svolge in questo senso un ruolo importante nella gestione della qualità.

L’accertamento della tenuta e la localizzazione delle perdite costituiscono in diversi settori una parte integrante della garanzia di qualità. Inoltre, durante il processo di produzione, grazie all’individuazione tempestiva delle parti difettose, è possibile evitare costi inutili. Tra i campi di applicazione sono inclusi il controllo non solo dei singoli componenti, ma anche quello dei sistemi completi nella produzione di serie o negli ambienti di laboratorio.I settori spaziano dal settore automobilistico (teste di cilindri, ingranaggi, valvole, ecc),passando per le tecnologie mediche, e arrivano fino alle industrie della plastica, degli imballaggi e all’industria cosmetica.

L’azienda tedesca ZELTWANGER Dichtheits- und Funktionsprüfsysteme GmbH è uno dei produttori più noti di rilevatori di perdite ad alte prestazioni. A seconda dei casi di utilizzo è possibile scegliere tra una serie di metodi di prova di tenuta, tra cui il metodo della pressione relativa e quello della pressione assoluta.

Prova di tenuta con il metodo della pressione relativa o assoluta

I metodi di pressione relativa o assoluta hanno i seguenti vantaggi determinanti:

  • struttura compatta con un piccolo volume interno
  • elevata affidabilità operativa
  • ampio range di misura
  • possibilità di automatizzazione

In questi metodi il campione viene sottoposto ad una pressione definita. La risultante variazione della pressione nel tempo, derivante da un’eventuale perdita, viene misurata e analizzata.Nella pressione relativa, la differenza con la pressione ambiente è cruciale. Se la pressione di prova è maggiore della pressione ambientale si parla di una prova di sovrappressione. La prova di sottopressione, anche detta test del vuoto,si verifica quando la pressione è inferiore a quella ambientale. Nel metodo di pressione assoluta, la pressione viene determinata in relazione al vuoto assoluto.

Nella prova di tenuta mediante i metodi della pressione relativa o assoluta la ZELTWANGER impiega anche sensori di pressioni dell’azienda STS. Le esigenze con questa tecnica utilizzata sono elevate. Requisiti necessari sono infatti: 

  • elaborazione del segnale eccellente
  • campo di pressione variabile
  • metodo di misurazione variabile (pressione differenziale, relativa e assoluta)
  • alta affidabilità

Il sensore di pressione ATM della STS soddisfa le caratteristiche richieste grazie a un ampio campo di pressione che va da 100 mbar a 1000 bar e una curva caratteristica di ≤ ± 0.10 %FS. Oltre a questi valori, l’affidabilità e l’ottima elaborazione del segnale sono caratteristiche fondamentali. La modularità dei sensori della STS dà ai produttori la possibilità di integrarli facilmente nelle loro applicazioni.

I trasmettitori di pressione della STS, accanto ai sensori sviluppati dalla stessa ZELTWANGER, vengono impiegati nei dispositivi della serie ZED. Questi ultimi si distinguono per la loro versatilità e precisone. Ad esempio, il dispositivo ZEDbase+ misura in modo affidabile la pressione relativa, la pressione differenziale e la portata di massa. Le pressioni di prova rilevate variano, a seconda del metodo, dal vuoto a 16 bar. Nel caso della pressione relativa, si possono registrare piccole variazioni nella pressione di 0,5 Pa a 4 Pa. Accanto ai requisiti tecnici anche l’affidabilità delle consegne e la flessibilità e semplicità dell’assistenza clienti da parte della STS sono aspetti decisivi – tra l’altro un importante aspetto in comune a entrambe le aziende: lo scopo è sempre quello di mettere a disposizione soluzioni conformi alle esigenze dei clienti e che rispondano esattamente alle caratteristiche richieste.

Apparecchiature per prove di tenuta a calo di pressione

Apparecchiature per prove di tenuta a calo di pressione

Vi sono sistemi con componenti che devono essere a perfetta tenuta per garantirne il loro corretto funzionamento. Ecco alcuni esempi di elementi la cui tenuta è essenziale: 

  • Nelle autovetture: il motore, l’impianto freni, il condizionatore
  • Certi imballaggi per prodotti farmaceutici o per il settore medicale
  • Impianti di refrigerazione
  • Impianti idraulici 

Queste parti, prima di essere definitivamente installate, sono normalmente sottoposte a una prova di tenuta. Le apparecchiature per eseguire questa prova devono essere molto affidabili, essendo utilizzate durante la produzione. 

Uno dei metodi più comuni utilizzati da questi strumenti è la prova di tenuta a calo di pressione. In questo caso, l’elemento in prova viene pressurizzato. Dopo un periodo di assestamento, si misurano eventuali cambiamenti del valore della pressione. Se la pressione cala, si ha la presenza di una perdita.

Durante la prova, la pressione é misurata da un sensore di pressione la cui funzione è decisiva per la determinazione di un’eventuale perdita. Le caratteristiche che concernono il rumore e la stabilità a breve termine richieste al sensore sono molto esigenti, poiché influiscono direttamente sul valore minimo di perdita ancora riconoscibile.

Per esempio, per un sensore da 10 bar questi valori non devono superare 10…20 Pa, ovvero 0.001% .. 0.002% del fondo scala. 

La STS fornisce già da anni sensori specialmente selezionati per quest’applicazione. Si tratta di trasmettitori analogici con uscita 4..20 mA della serie ATM, il cui elemento di misura (chip) è stato qualificato appositamente per soddisfare le esigenze di questa misura.

L’esecuzione meccanica (l’attacco al processo e la connessione elettrica) non influisce sul comportamento del sensore e può essere configurata nell’ambito del sistema modulare STS.

Per contro è necessario selezionare l’elemento di misura e utilizzare l’uscita 4..20mA, in quanto questo circuito si distingue per l’assenza di rumore.