Manometri - informativa e norme.

Pressione: grandezza fisica definita come rapporto tra la forza agente su di una superficie, in direzione ad essa perpendicolare, e l'area della superficie stessa, equivalente alla forza media agente in senso ortogonale sull'unità di superficie.

Esempio: supponiamo che un serbatoio sia a 10 bar di pressione assoluta e la pressione atmosferica sia di un bar assoluto, la pressione relativa sarà di 9 bar.

Esempio: supponiamo di misurare la pressione a valle ed a monte di un filtro, installato su di una tubazione posta alla pressione massima di 10 bar. La pressione all'interno della tubazione sarà definita pressione statica (in es. 10 bar) e la differenza misurata tra la pressione a monte ed valle del filtro sarà definita pressione differenziale (del valore anche di pochi mbar), la pressione differenziale misurata sarà in questo caso proporzionale al grado di intasamento del filtro stesso.

Sistemi di misura della pressione

Manometri ad elemento elastico

Manometri a molla tubolare tipo Bourdon: l'elemento sensibile è un tubo metallico trafilato a sezione ellittica e curvato a "C", a ferro di cavallo o a spirale. Una estremità è chiusa mentre l'altra viene connessa tramite un raccordo al recipiente del quale si vuole misurare la pressione o la depressione. Idonei per impiego da -1 a 4000 bar.

Manometri con molla a membrana: l'elemento sensibile è una membrana ondulata flessibile sulla quale agisce la pressione deformandola, la deformazione misurata viene trasmessa all'indice dello strumento. Campo di impiego da -1 a 25 bar.

Manometri a capsula ed a soffietto: l'elemento sensibile è una capsula metallica oppure un soffietto; la deformazione provocata dalla pressione misurata, a cui si oppone una molla posta internamente, viene trasmessa all'indicatore. Campo di impiego fino a 6000 mm/H2O di pressione o depressione.

Manometri a liquido

Manometri ad U: sono costituiti essenzialmente da un tubo ad U riempito per circa metà altezza con un liquido non volatile di densità nota. Collegando uno dei rami con l'ambiente di misura il liquido contenuto nel tubo si sposterà nei due rami della U di un valore tale che la differenza di peso tra le due colonne di liquido bilanci esattamente la pressione (o depressione) presente nell'ambiente di misura. Possono essere ad U con tubi dritti oppure inclinati. Impiego per scale da -10 a 1500 mm.

Manometri a toro pendolare: l'elemento misuratore è costituito da un toro metallico con camera interna non continua e chiusa da un diaframma nella parte superiore. Riempito da un determinato volume di liquido incongelabile, è posto in equilibrio su di un fulcro. La pressione, o la depressione, determina lo squilibrio del sistema provocando la rotazione del toro segnalata dall'indice che gli è solidale. Campo da -160 a +160 mm./H2O.

Guida alla scelta degli strumenti

Gli strumenti vanno scelti in funzione di tre esigenze principali: tipologia di installazione, condizioni di funzionamento e precisione richiesta.

Installazione per montaggio locale, diretto su tubazione

Installazione per montaggio a parete con flangia o staffa posteriore

Installazione per montaggio a pannello, incassato

Condizioni di funzionamento

A fronte della direttiva 97/23/EC (P.E.D.) i manometri sono classificati in 2 categorie.

PS <=200 bar: tali strumenti devono essere progettati e fabbricati secondo una “Corretta Prassi costruttiva” (SEP Sound Engineering Practice) e non necessitano della marcatura CE.

PS >200 bar: tali strumenti devono soddisfare i requisiti essenziali di sicurezza previsti dalla direttiva PED, sono classificati in Categoria I e sono certificati secondo il Modulo A. Essi devono riportare il marchio CE.

Le raccomandazioni qui citate sono un estratto di quanto indicato nelle normative EN837-1/2/3 ed ANSI B40.1 che l’utilizzatore deve conoscere per effettuare la messa in servizio in sicurezza degli strumenti. La sicurezza deriva da un’attenta selezione e installazione dello strumento, nonché dal rispetto delle procedure di manutenzione stabilite dal costruttore. La responsabilità della corretta installazione e manutenzione è interamente dell’utilizzatore. Le persone addette alla scelta ed installazione devono essere in grado di riconoscere le condizioni che influenzeranno negativamente la capacità dello strumento di realizzare la propria funzione e possono condurre ad una sua rottura prematura.

Le seguenti applicazioni, potenzialmente pericolose, devono essere attentamente considerate:

Sistemi con gas compressi, Sistemi con ossigeno, Sistemi con idrogeno o fluidi con idrogeno diffuso, Sistemi con fluidi corrosivi, liquidi o gassosi, Sistemi a pressione contenenti fluidi esplosivi o infiammabili, Sistemi con vapore in pressione, Sistemi con pressioni dinamiche e cicliche, Sistemi dove sovrapressioni potrebbero accidentalmente essere applicate o dove manometri a bassa pressione potrebbero essere installati su prese ad alta pressione, Sistemi dove l’intercambiabilità dei manometri potrebbe dare luogo a pericolose contaminazioni, Sistemi contenenti fluidi tossici o radioattivi, liquidi o gassosi, Sistemi che generano vibrazioni meccaniche, Sistemi con temperatura di funzionamento diversa da quella ambiente.

temperatura del fluido: fino a 65 °C non si richiede alcun accorgimento, per temperature comprese tra 65 °C e 150 °C si suggerisce l'uso di un riccio di raffreddamento o sifone, o anche un semplice tubo di isolamento che allontani lo strumento dal punto caldo abbassando la temperatura del fluido a diretto contatto dell'elemento sensibile. Per temperature superiori a 150 °C gli strumenti vanno realizzati con materiali adatti e si consiglia sempre l'adozione di un riccio di raffreddamento. Se equipaggiati con separatore di fluido andranno tarati in fabbrica alla temperatura di esercizio.

All'interno dell'elemento sensibile non deve essere consentito al fluido di gelare o cristallizzare.

natura del fluido: se pulito ed inerte, non si richiedono particolari accorgimenti, se sedimentoso si utilizzeranno manometri a membrana od equipaggiati con un idoneo separatore di fluido, se corrosivo si avrà cura di scegliere materiali resistenti al fluido da misurare, vedi tabella corrosione-materiali.

L’elemento sensibile è generalmente caratterizzato da ridotto spessore, e lavora quindi in condizioni di notevole stress meccanico. La compatibilità chimica con il fluido da misurare deve perciò essere presa in considerazione. Nessuno dei comuni materiali può considerarsi immune dall’attacco chimico e vari fattori ne influenzano l’entità: concentrazione, temperatura e tipo di miscela tra varie sostanze chimiche. L’attacco chimico può portare rapidamente alla rottura per corrosione.

rottura per corrosione: si verifica quando il materiale dell’elemento sensibile è sottoposto ad attacco chimico da parte delle sostanze contenute nel fluido da misurare o nell’ambiente circostante il sistema in pressione. Il danno si manifesta sotto forma di perdita puntiforme o un principio di cricca da fatica in seguito all’indebolimento del materiale. In questo caso deve essere considerato l’impiego di un separatore di fluido realizzato nel materiale adatto. L’aggiunta di un separatore può però influire sulla sensibilità o sulla precisione o su entrambi. In alternativa al separatore di fluido, si può considerare la scelta dell’elemento sensibile in AISI316 o Monel 400 o altro materiale idoneo.

valore del fondo scala: la scelta del valore di fondo scala dello strumento va fatta tenendo conto che:

strumenti a molla Bourdon, per pressione costante e fino a 60 bar la pressione di esercizio deve essere compresa tra il 25% ed il 75% del fondo scala, per pressione pulsante o maggiore di 60 bar è opportuno non superare il 50% del fondo scala. Se il fondo scala dello strumento è identificato da un triangolino nero la pressione d’esercizio può diventare del 90% per pressioni pulsanti e del 100% per pressioni statiche.

strumenti con elemento sensibile a membrana, a capsula, a soffietto, non superare il 50% del valore di fondo scala.

pressione pulsante: in presenza di pressione pulsante (presse, pompe, centraline oleodinamiche, compressori, ecc... sviluppanti variazioni rapide e continue) si consiglia l'utilizzo di strumenti con elemento sensibile a molla Bourdon in acciaio inox AISI 316. Pressioni dinamiche e cicliche sono la causa di una notevole riduzione della durata dell'elemento sensibile e del movimento amplificatore del manometro. Sono generalmente evidenziate da oscillazioni di grande ampiezza dell'indice. E’ necessario ridurre tali pressioni pulsanti interponendo uno stabilizzatore di pressione tra la sorgente della pressione e lo strumento. Anche il riempimento della custodia con un liquido viscoso, può ridurre l’effetto nocivo delle pulsazioni sulle parti in movimento del manometro. Una scelta non corretta dello strumento può portare ad una rottura per fatica.

rottura per fatica: è causata dallo stress meccanico indotto dalla pressione e si manifesta con una piccola cricca, dall’interno verso l’esterno, generalmente lungo uno spigolo. Queste rotture sono più pericolose se avvengono misurando gas compressi anziché liquidi. Le rotture per fatica rilasciano il fluido lentamente, cosicché l’aumento della pressione all’interno della cassa è avvertita dall’apertura dello sfiato di sicurezza. Se si misurano alte pressioni con il punto di lavoro prossimo al valore massimo di stress ammissibile, il guasto potrebbe degenerare in un’esplosione. In questo caso, una strozzatura dovrà essere posta nel perno dello strumento, onde limitare il flusso del fluido.

sovrapressione: su circuiti generanti elevate sovrapressioni si dovranno utilizzare strumenti costruiti con specifici accorgimenti, oppure corredarli di un limitatore di pressione tarabile. Ogni sovrapressione crea sollecitazioni nell'elemento sensibile e, conseguentemente, ne riduce la durata e la precisione. E’ quindi preferibile utilizzare uno strumento il cui valore di fondo scala sia più grande della pressione massima d’esercizio e che di conseguenza, assorba più facilmente sovrapressioni e colpi di pressione. Si consideri comunque che l’insorgere anche di un solo evento può portare alla rottura per sovrapressione.

rottura per Sovrapressione: è causata dall’applicazione di una pressione superiore al limite massimo dichiarato per l’elemento sensibile (può accadere ad esempio, quando uno strumento per basse pressioni viene installato in un sistema ad alta pressione). Gli effetti di questo tipo di guasto, comunemente più rilevanti in caso di misura di gas compressi, sono imprevedibili e possono essere causa dell’esplosione con proiezione di parti dello strumento in ogni direzione. L’apertura del dispositivo di sicurezza posto sulla cassa, non sempre assicura il contenimento dei frammenti. Il solo trasparente non garantisce adeguata protezione, ed è anzi in questo caso il componente più pericoloso. E’ generalmente accettato che l’utilizzo di uno strumento a fronte solido con fondo removibile riduca la possibilità che frammenti siano proiettati verso il fronte dello strumento, dove l’operatore sosta per effettuare la lettura. Impulsi di sovrapressione di piccola durata (spikes) possono verificarsi in sistemi pneumatici o idraulici, specialmente in seguito ad apertura e chiusura di valvole. L’ampiezza di questi impulsi può essere molte volte la pressione di esercizio, e la gran velocità con cui si verificano ne impedisce la lettura sullo strumento, risultando così invisibili all’operatore. Possono causare una rottura definitiva dello strumento oppure un errore permanente di zero. Una strozzatura riduce l’ampiezza del picco (spike) di sovrapressione trasmesso all’elemento sensibile. L’impiego di una valvola limitatrice di pressione, protegge lo strumento da tutte le pressioni superiori a quella alla quale è tarata la valvola stessa, proteggendo così lo strumento dalle sovrapressioni.

rottura per esplosione: si verifica in seguito al rilascio violento di energia termica dovuta a reazioni chimiche, come quella della compressione adiabatica dell’ossigeno alla presenza di idrocarburi. E’ generalmente accettata l’impossibilità di prevedere gli effetti di questo danno. Persino l’impiego di uno strumento a fronte solido non esclude la proiezione di frammenti verso il fronte dello strumento. I manometri adatti per impiego su ossigeno riportano la scritta “Oxigen - Use no Oil” e/o il simbolo dell’oliatore sbarrato sul quadrante. Gli strumenti vengono forniti opportunamente lavati e sgrassati con prodotti idonei e imballati in sacchetti di polietilene. L’utente userà le dovute cautele in modo che il livello di pulizia dell’attacco e dell’elemento elastico siano mantenuti dopo la rimozione del manometro dal proprio imballo.

vibrazioni: le vibrazioni meccaniche per quanto possibile sono da sfuggire. Quando il supporto effettivo del manometro è soggetto a vibrazioni, possono essere prese in considerazione soluzioni diverse quali: a) impiego di manometri a riempimento di liquido; b) strumenti montati a distanza e collegati mediante tubi flessibili (per vibrazioni forti o irregolari). La presenza di vibrazioni può essere rilevata da continue oscillazioni, spesso irregolari, della punta dell'indice.

rottura per vibrazioni: il più comune modo di rottura per vibrazioni è causato da una usura abnorme delle parti in movimento, che dapprima si manifesta come graduale perdita di precisione, per arrivare poi ad una totale mancanza di movimento della lancetta indicatrice.

rottura da fatica indotta da vibrazioni: altro effetto delle vibrazioni a grande ampiezza può essere quello di causare cricche da fatica nella struttura dell’elemento sensibile. In questo caso la fuoriuscita del fluido può essere sia lenta sia veloce, arrivando ad essere persino esplosiva.

custodie riempite di liquido: il liquido di riempimento è generalmente utilizzato per smorzare le vibrazioni delle parti in movimento dovute a vibrazioni e/o pulsazioni. Occorre molta attenzione nella scelta del liquido ammortizzante se l’utilizzo è previsto con fluidi ossidanti come ossigeno, cloro, acido nitrico, perossido d’idrogeno, etc. Alla presenza di agenti ossidanti infatti, esiste un rischio potenziale di reazione chimica, accensione ed esplosione dello strumento. In questo caso devono essere utilizzati liquidi di riempimento a base di fluoro o cloro. Per contenere il liquido ammortizzante all’interno della custodia i manometri sono costruiti e spediti in esecuzione sigillata. In alcuni casi, durante l’installazione, è necessario ventilare la custodia seguendo le istruzioni riportate sulle etichette apposte sugli strumenti stessi. Particolare attenzione va riposta sulla natura del liquido di riempimento e sui loro limiti d’utilizzo in funzione della temperatura ambiente.

liquidi di riempimento: temperatura ambiente: Glicerina 98% +15…+65°C (+60…+150°F) - Olio siliconico -45…+65°C (-50…+150°F) - Liquido fluorurato -45…+65°C (-50…+150°F).

In caso di montaggio radiale, specialmente se la custodia è riempita di liquido ammortizzante e le vibrazioni sono di grande entità, deve essere considerata la possibilità di rotture, dovute alla notevole massa in vibrazione del manometro. In questo caso un attacco al processo filettato da ½” deve essere considerato requisito minimo indispensabile.

strumenti per gas ad alta pressione: secondo le norme EN 837.1 nei sistemi con gas compressi è opportuno scegliere il tipo di strumento con adeguato grado di sicurezza. In caso di rottura imprevista dell’elemento sensibile, il gas compresso deve uscire all’esterno della custodia attraverso il dispositivo di sicurezza, evitando così la frammentazione dello strumento.

Per liquidi e gas fino a 25 bar di fondo scala il dispositivo di sicurezza sarà costituito da uno sfiato di sicurezza che si apre allorché la pressione all’interno della custodia chiusa supera un certo valore di sicurezza, mettendola in comunicazione con l’ambiente.

Per gas con fondo scala oltre i 25 bar il dispositivo di sicurezza sarà costituito dalla totalità del fondello posteriore che funge da sfiato, con l’aggiunta di una parete separatrice tra elemento sensibile e trasparente, chiamata fronte solido, che è un’ulteriore protezione per l’operatore.

Installazione

Gli strumenti possono perdere le loro caratteristiche durante il trasporto nonostante un adeguato imballaggio e dovrebbero essere controllati prima dell’uso. La corretta calibrazione può essere verificata anche escludendo lo strumento dal processo per mezzo della valvola d’intercettazione e verificando che la lancetta ricada entro il segno posto sullo zero (salvo che la temperatura sia molto diversa da 20°C). Un mancato ritorno a zero dell’indice significa un importante danno allo strumento.

Per facilitare la rimozione a scopi di manutenzione, può essere inserita una valvola di intercettazione tra il manometro e l’impianto. L’attacco di pressione deve essere a tenuta stagna. Se la filettatura dell’attacco a pressione è cilindrica, la tenuta viene realizzata tramite guarnizione ad anello stretta tra le due facce piane di tenuta, una della presa di pressione e l’altra dell’attacco al processo dello strumento. Se la filettatura dell’attacco a pressione è conica, la tenuta viene realizzata tramite il semplice avvitamento dell’attacco sulla presa, dall’accoppiamento delle filettature. E’ pratica comune però realizzare una nastratura di PTFE sul filetto maschio prima dell’accoppiamento. In entrambi i casi, occorre applicare il momento torcente tramite due chiavi esagonali, una applicata sulle facce piane dell’attacco al processo dello strumento, e l’altra su quelle della presa di pressione.

Non eseguire il serraggio facendo forza sulla custodia, perché tale operazione potrebbe danneggiare lo strumento. All’atto della prima messa in pressione, si deve verificare che l’attacco sia a tenuta stagna. Tutti gli strumenti devono essere montati in maniera tale che il quadrante risulti in posizione verticale (±10°), salvo diversa indicazione riportata sullo stesso. Quando lo strumento incorpora un dispositivo di sicurezza, deve essere garantita una distanza minima di 20 mm. da qualsiasi oggetto adiacente. Nei tipi per montaggio a pannello o a parete, accertarsi che il tubo adducente il fluido in pressione s’inserisca nell’attacco dello strumento senza esercitare tensioni e forzature.

Per gli strumenti con capillare prestare attenzione che il capillare non venga torto onde non generare restrizioni o cricche, inoltre lo strumento indicatore dovrà trovarsi allo stesso livello del separatore, diversamente provvedere all'azzeramento della lancetta in loco. Nelle installazioni con capillare si consiglia di scegliere separatori di fluido con attacco girevole oppure a flangia per facilitare il montaggio. Il circuito tra indicatore e separatore non va manomesso per alcuna ragione.

effetto delle colonne di liquido: l'installatore deve essere a conoscenza del fatto che se sullo strumento agisce il carico derivante da una colonna di liquido, si deve effettuare la calibrazione compensando tale influenza. In questo caso, la compensazione deve essere indicata sul quadrante e, pertanto, va comunicata in fase di ordinazione.

messa in servizio: la messa in servizio deve sempre essere eseguita con attenzione per evitare colpi di pressione o variazioni improvvise di temperatura. Le valvole di intercettazione devono perciò essere aperte lentamente.

utilizzo: non è raccomandato l’utilizzo di strumenti per l’indicazione dei valori prossimi allo zero, poiché in quell’area la tolleranza della precisione può essere una grande percentuale della pressione applicata. Per questa ragione, gli strumenti non devono essere impiegati con lo scopo di indicare la pressione residua entro contenitori a grande volume come serbatoi, autoclavi e simili. Infatti, una pressione pericolosa per l’operatore può rimanere all’interno del contenitore nonostante lo strumento indichi pressione zero. E’ opportuno inserire un dispositivo di ventilazione sui serbatoi per raggiungere il valore di zero pressione, prima di rimuovere coperchi, connessioni o compiere azioni similari.

Temperatura ambiente: è difficile isolare uno strumento da temperature ambiente troppo alte o troppo basse. Una soluzione consiste nell'allontanarlo dalla sorgente di calore o di freddo, quando ciò è possibile. Nel caso in cui uno strumento con classe di precisione 0,6 o migliore venga utilizzato ad una temperatura ambiente diversa da quella di riferimento (20 °C ± 2 °C), deve essere apportata una correzione.

Non è raccomandabile che strumenti vengano installati successivamente su sistemi aventi fluidi di esercizio diversi per evitare insorgenza di reazioni chimiche che producano esplosioni, in seguito a contaminazione delle parti bagnate.

Accertarsi che l’indicazione sul quadrante di una pressione fissa per un tempo prolungato, non sia dovuta ad otturazione del condotto di adduzione della pressione all’elemento sensibile. Soprattutto nel caso sia indicata pressione zero, assicurarsi che non ci sia pressione all’interno del manometro prima dell’eventuale smontaggio, isolandolo tramite la valvola di intercettazione.

Manutenzione

La sicurezza generale di un'installazione spesso dipende dalle condizioni di esercizio degli strumenti che essa contiene. E’ essenziale che le misurazioni indicate da detti strumenti siano affidabili. Pertanto, ogni strumento le cui indicazioni sembrino anormali deve essere immediatamente rimosso, verificato o ritarato se necessario. Il mantenimento della precisione dovrebbe essere confermato mediante controlli periodici. Le verifiche e le ritarature devono essere eseguite da personale competente, utilizzando apparecchiature di prova adeguate.

Ogni 3/6 mesi dall’installazione, controllare la precisione e l’usura delle parti in movimento e il livello di corrosione dell’elemento sensibile. Per gli strumenti utilizzati su impianti con condizioni gravose (vibrazioni, pressioni pulsanti, fluidi corrosivi, o sedimentosi etc.) prevedere la loro sostituzione secondo la frequenza prevista dalle procedure di impianto.

Il fluido di calibrazione e prova deve essere compatibile con il fluido da misurare sul sistema in pressione. Fluidi contenenti idrocarburi non devono essere impiegati quando si misureranno ossigeno o altri ossidanti.

Gli strumenti conservati nell’imballo originale standard (in scatole di cartone) devono essere sistemati in locali chiusi ed al riparo dall’umidità: in questo caso non occorrono particolari attenzioni. Se gli strumenti sono imballati in modo speciale, (in casse di legno rivestite di carta catramata o in sacchi barriera) è sempre opportuno riporli in locali possibilmente chiusi e in ogni caso al riparo dagli agenti atmosferici; le condizioni dei materiali imballati devono essere verificate ogni 3-4 mesi, specie se le casse sono sottoposte all’azione degli agenti atmosferici. La temperatura dell’area di stoccaggio dovrà essere compresa tra -20 e +65 °C salvo diversa indicazione del costruttore.