La ISO 5167:2022 Part 5 – Cone Meters (Measurement of fluid flow by means of pressure differential devices inserted in circular cross-section conduits running full – Part 5: Cone meters) è stata appena revisionata. Come applicarla al meglio nel proprio impianto per risolvere le misure di portata di liquidi, gas e vapore saturo o surriscaldato più importanti?

Come sappiamo da anni il V-Cone™ inventato da McCrometer, Ca, USA è l’unica misura di portata che, grazie alle sue caratteristiche tecniche,

• è in grado di misurare la portata liquidi, gas e vapore senza limitazioni, funziona anche per l’acqua demi o vapore surriscaldato
• è estremamente flessibile potendo essere dimensionata per un turn-down fino a 50:1, quindi legge tutte le marce d’impianto
• ha una accuratezza dell 1% standard in lettura su tutto il turn-down, quindi ti permette il controllo delle utilities
• ha una perdita di carico permanente minima, quindi non ti fa perdere energia e denaro
• non presenta ostruzioni quindi funziona con gas umidi o ricchi di particolato, con vapore saturo pieno di goccioline e anche con presenza di bolle in fase liquida
• non necessita dei soliti diametri monte valle, quindi ti permette dei retrofit spettacolari

ISO 5167 come la flangia tarata meglio della flangia tarata

Ma non finisce qui: già nel 2016 dopo anni di intenso lavoro la grande famiglia ISO 5167 ha accolto questo flow element rivoluzionario denominandolo più genericamente “cone meter“. Pertanto il V-Cone™ può essere tranquillamente usato per sostituire flange tarate o venturi storicamente normati ISO 5176 in caso di richieste legislative, contrattuali o per policy aziendale in modo da ottenere prestazioni e qualità della misura di portata senza precedenti. Quindi ora un Cliente può scegliere di installare un V-Cone™ di McCrometer in tutta sicurezza grazie alle > 75,000 installazioni in tutto il mondo oppure un cone meter normato ISO 5167 ugualmente in tutta sicurezza perchè secondo standard internazionalmente riconosciuti.

Ma quali sono i limiti di applicabilità e che accuratezza ha il cone meter secondo la ISO 5167:2022 Part 5 – Cone Meters ? Per poterlo capire appieno introduciamo un concetto meccanico del cone meter e cioè il Beta β, storicamente ben conosciuto da tutti i fabbricanti ed utilizzatori di flange tarate ( orifice plate) ma con un significato ben diverso per il V-Cone™ , infatti abbiamo 2 formule diverse

Quindi non è tecnicamente corretto sostituire una flangia tarata avente un valore di Beta β pari a X con un cone meter richiedendo lo stesso Beta uguale a X : potrebbe essere casualmente uguale ma la stragrande maggioranza delle volte è totalmente diverso. Il Beta della flangia tarata ci dà grossolanamente un idea del buco di passaggio mentre per il cone meter ci dà un idea della corona circolare di passaggio e quindi con beta grandi avremo coni piccoli mentre per beta piccoli avremo coni grandi.

Capiamo come l’accuratezza del cone meter dipenda dalla calibrazione

“Perchè nella ISO 5167:2022 si parla della calibrazione? Io i venturi o le flange non le ho mai comprate calibrate”, è il classico grido di dolore di un qualsiasi Responsabile d’Impianto ma prima di disperarsi vediamo i motivi tecnici, infatti la calibrazione secondo la ISO 5167:2022 non è sempre obbligatoria ma allora perchè è citata? Facciamo chiarezza:

La ISO 5167:2022 Part 5 – Cone Meters si differenzia dalle sezioni precedenti dedicate a flange & venturi perchè fa leva pesantemente sul concetto della calibrazione del cone meter. La calibrazione consiste nell’inserire il cone meter all’interno di un circuito di calibrazione e far passare delle portate di acqua/aria/gas a seconda dell’applicazione e soprattutto del range dei numeri di Reynolds da riprodursi. Queste portate sono misurate da un misuratore master certificato e vengono registrate insieme al DP sviluppato dal cone meter. Applicando la formula idraulica del cone meter a ritroso vengono calcolati differenti coefficienti: interpolando questi valori si ottiene un Coefficiente Cd unico che serve a tabulare la curva quadratica Q vs DP ed è quello che si inserisce nei flow computer locali o nelle formule a DCS.

“D’accordo e quindi nella pratica cosa devo sapere?”

Caso A – Non faccio eseguire la Calibrazione del V-Cone™ perchè la ISO 5167 stessa mi dice che non serve

In questo caso le ISO 5167 ci vengono in aiuto e con queste, e solo queste, caratteristiche tecniche contemporanee

• Cone Meter costruito meccanicamente secondo le ISO 5167
• Cone Meter con dimensioni comprese tra 50 mm < DN < 500 mm cioè cone meter da 2″ a 20″
• Cone Meter con beta 0.45 <= β <=0.75
• Cone Meter che misura in campo questo range di Numeri di Reynolds 8,000 <= Re <= 12,000,00

Allora lo standard ci dice che il Coefficiente Cd sarà fisso e pari a 0.82 e il cone meter presenterà una accuratezza del 5% in lettura.

Ho risparmiato non facendo eseguire la calibrazione ma l’accuratezza è peggiore del venturi, d’altro canto però ho sempre un ottimo turn-down anche 20, 30 a 1 e questa accuratezza del 5% è sempre costante anche se cambio marcia di impianto o aumento la generazione vapore, e poi posso installarlo anche senza i soliti diametri monte valle. Ma se volessi delle performances migliori per il mio misuratore di portata?

Caso B – Richiedo la Calibrazione del V-Cone™ perchè le ISO 5167 me la richiedono. Ma quando?

La Norma ci dice che eseguendo la calibrazione il Cd viene calcolato caso per caso e il cone meter presenterà una accuratezza dell1% in lettura. Viceversa possiamo dire che se il 5% di accuratezza senza calibrazione non mi basta allora le ISO 5167:2022 parte 5 mi dicono che è obbligatoria la calibrazione per ottenere l’1% di accuratezza in lettura su tutto il turn-down, su tutto il range di numeri di Reynolds.

In quali altri casi la calibrazione è sempre obbligatoria per avere un cone meter secondo ISO 5167:2022 ?

• quando la costruzione del cone meter non è in accordo al disegno standard presente sulla ISO del cone meter
• quando il cone meter ha DN da 1/2″, 3/4″, 1″, 1 1/2″ oppure DN >20″
• quando il β > 0,75
• quando il Re < 8,000 oppure Re < 12,000,000

Cosa richiede più in dettaglio la ISO 5167:2016 Part 5 – Cone Meters per la calibrazione?

Vediamo i punti essenziali da richiedere al Fornitore oppure per eseguire un Allineamento Tecnico correttamente…che caratteristiche tecniche deve avere la Calibrazione quotata per essere conforme ISO 5167?

• che sia fatta specificatamente per ogni singolo cone meter pertanto non è possibile calibrare un prototipo meccanicamente indentico e poi usarne i dati per altri strumenti parimenti meccanicamente identici. Il Cd è diverso.
• che sia eseguita su tutto il range di numeri di Reynolds senza interpolazioni
• che sia ripetuta per ogni set di prese di pressione presenti, esempio lato destro e sinistro, perchè il Cd è diverso
• che la tracciabilità della calibrazione dello strumento sia garantita al Cliente come ad esempio da ISO 17025 che è la certificazione necessaria dei Laboratori dediti alle Calibrazioni.
• che venga rilasciato un report di calibrazione dedicato

“Un Costruttore di cone meter mi ha detto che costruisce così bene il flow element che non ha mai bisogno della calibrazione specifica: sarà vero?” Ognuno di noi è responsabile di quello che dice al Cliente, non è certo seguire o meno una ISO che dimostra la professionalità di un Fornitore! Detto questo se il cone meter è dichiarato essere conforme alla ISO 5167:2016 Part 5 – Cone Meters, ripetiamo il concetto, può effettivamente non essere calibrato solo e se all’interno dei limiti di applicabilità spiegati sopra e soprattutto ottenendo una accuratezza massima del 5% in lettura.

In estrema sintesi non posso comprare un cone meter secondo ISO 5167:2022 evitando la calibrazione con la garanzia dell’1% di accuratezza : la ISO 5167:2022 mi dice esplicitamente che non è tecnicamente possibile, misurerà al meglio con il 5% .

Retrofit impossibili anche negli impianti più datati grazie all’assenza dei soliti diametri monte valle: la ISO 5167:2022 Part 5 lo conferma!

Come sappiamo una delle caratteristiche più importanti del V-Cone™ era la possibilità di essere installato senza diametri o con meno diametri monte valle. Cosa dice la ISO 5167 ora, ad esempio per l’installazione fra due curve a gomito del cone meter, a seconda del beta?

0.45 <= β =< 0.6

• Diametri necessari a monte 3D
• Diametri necessari a valle 2D

0.6 <= β =< 0.75

• Diametri necessari a monte 6D
• Diametri necessari a valle 2D

“Ma come? Ci avete sempre raccontato che non servivano diametri monte valle o che ne servivano comunque meno degli altri flow elements!”

Confermiamo tutto, non vi preoccupate! Il V-Cone™ come detto era un flow element brevettato ed era sotto il cappello americano delle API American Petroleum Institute: i diametri necessari a monte e a valle erano sempre calcolati dalle flange del tronchetto del flow element.

La ISO 5167:2022 Part 5 – Cone Meters invece richiede che il calcolo, per motivi di standardizzazione, sia eseguito dall’asse della presa di pressione di alta per i diametri upstream mentre dalla parte posteriore del cono per i diametri downstream, vedere figura sotto:

Pertanto come intuibile il V-Cone® di McCrometer si comporta alla stregua di un meter run cioè presenta al suo interno già 2 x DN di straight run piping sia a monte che a valle!

La reale differenza tecnica alla quale dobbiamo prestare attenzione è il valore del beta β infatti il valore discriminante per necessitare più diametri a monte e valle è

• per cone meter secondo ISO 5167:2022 part 5 abbiamo β = 0.6
• per V-Cone originali di McCrometer, Ca, USA abbiamo β = 0.7

superando questi valori servono più diametri e pertanto come da esempi reali sottostanti nel caso di beta borderline tipo 0.65 i requisiti delle installazioni secondo vendor McCrometer e secondo ISO 5167 sono diversi e non possono essere trattati in modo superficiale, vanno studiati prima. Ecco gli esempi:

Vediamo qualche esempio concreto di installazione del Cone Meter secondo ISO 5167 vs V-Cone™ secondo McCrometer in termini di necessità diametri monte valle

“Ma io ho sempre comprato McCrometer, cosa cambia?”

Innanzitutto la ringraziamo e siamo sicuri che si è trovato bene con la nostra misura di portata.

Per lei e per noi non cambia nulla, come ha potuto leggere la norma ISO si basa ovviamente sull’esperienza di più di 75 mila V-Cone™ venduti, costruiti ed installati da parte di McCrometer Inc.

E’ fondamentale ricordarsi sempre che tutti i V-Cone™ costruiti e consegnati da Tecnova ht / McCrometer in tutti questi anni sono sempre stati calibrati uno per uno specificatamente per il servizio richiesto dal Cliente su tutto il range dei numeri di Reynolds come da sizings relativi per garantire una accuratezza dell’1% o anche dello 0.5% in lettura e che i 3 circuiti di calibrazione McCrometer sono già certificati ISO 17025 da tempo a riprova della qualità delle nostre forniture.

E’ opportuno ricordare che le tabelle dei diametri monte valle sono state create solo da McCrometer, con le sperimentazioni pagate solo da McCrometer, gli altri eventuali fornitori le hanno semplicemente copiate senza aggiungere nulla. Quando il V-Cone™ fu inventato la Casa Madre ha incaricato uno dei laboratori metrologici americani più prestigiosi, il CEESI [Colorado Engineering Experiment Station, accreditato naturalmente ISO/IEC 17025 ] che con grande meticolosità ha ricostruito nei propri laboratori il layouts più classici della vostra Produzione, esempio curva a 90°, doppia curva, presenza di valvole…Inserendo i V-Cone di diametri diversi a partire da 1/2″ i tecnici del CEESI hanno man mano diminuito la distanza fra la curva ed il meter arrivando al punto estremo dove l’accuratezza era garantita al Cliente e quindi gettando le basi per le tabelle dei diametri monte valle a seconda del servizio liquido o gas, a seconda del numero di Reynolds e a seconda del Beta meccanico di costruzione. Dai nostri archivi una foto storica del lavoro che fu fatto, ad esempio con la doppia curva a 90°:

Sommario come utilizzare al meglio la ISO 5167:2022 Part 5 dedicata ai cone meters nel proprio impianto

Per avere le migliori prestazioni in termini di accuratezza e necessità di meno diametri monte valle per eseguire un retrofit ad esempio, va benissimo l’originale V-Cone™ di McCrometer, Ca, USA. Accuratezza disponibile 1% o 0.5% in lettura su tutto il turndown, dimensioni disponibili da 1/2″ a > 72″, qualunque materiale metallico, qualunque esecuzione a progetto. Vediamo ad esempio i vantaggi che ha avuto questa Cartiera italiana nel retrofit della generazione vapore.

Nel caso si debba sostituire un flow element ISO 5167 tipo flangia tarata o venturi per avere una accuratezza migliore o un turn-down che copra tutti i casi di produzione allora è necessario richiedere un Cone Meter secondo ISO 5167:2022 parte 5 . Per avere almeno una accuratezza dell 1% va richiesta la calibrazione, ovviamente secondo ISO e necessario report tecnico. Per tutte quelle situazioni dove l’ente di controllo o il governo o l’ente che distribuisce i fondi economici per ottenere “certificati bianchi” o qualsiasi cosa similare dove è necessario uno standard internazionale da seguirsi per avere una misura di portata accettata con una accuratezza migliore dei limiti richiesti, esempio 2%, allora è necessario richiedere un Cone Meter secondo ISO 5167:2022 parte 5.

Come da prassi nostra vi invitiamo ad acquistare la Norma ISO 5167:2022 Part 5 sui Cone Meter per poterla apprezzare pienamente e trovare riscontro alle cose scritte e di comprarla sui siti ufficiali come questo https://www.iso.org/standard/83688.html