ITBS20110016A1 - Metodo e dispositivo per rilevare e misurare microflussi di fluidi - Google Patents

Description

BIESSE SRL

D E S C R I Z I O N E

del BREVETTO PER INVENZIONE INDUSTRIALE avente per titolo:

"METODO E DISPOSITIVO PER RILEVARE E MISURARE

MICROFLUSSI DI FLUIDI"

a nome di I.T.S. S.r.l. di nazionalità italiana, con sede in Via E. Mattei 30 - 25030 RONCADELLE (Brescia).

Inventore designato: Umberto MOSCONI

Campo dell'Invenzione

La presente invenzione attiene in generale al settore degli impianti per l'erogazione di fluidi, in particolare liquidi, e riguarda segnatamente un dispositivo nonché un metodo per rilevare e misurare microflussi di fluido in tali impianti.

Stato della tecnica

Per rilevare e misurare la quantità di fluido che percorre e viene distribuito con una certa pressione attraverso un sistema di tubazioni sono disponibili comunemente ed utilizzabili facilmente dispositivi, quali flussimetri o flussometri, sia meccanici che elettronici. Quelli di tipo meccanico adottano soluzioni a "ruota dentata", cosiddetti anche "ventolini" oppure sistemi a paletta detti "ad impatto", tipici dei canali di aerazione. Quelli di tipo elettronico sono più sofisticati e sfruttano l'effetto doppler o a sottrazione di energia.

In ogni caso essi sono idonei a misurare attendibilmente un flusso di fluido, purché tale flusso abbia un valore coerente al campo di 2 BIESSE SRL

misura del dispositivo impiegato e che sia superiore ad un valore minimo rilevabile dal dispositivo stesso. Nello specifico, nessuno dei dispositivi finora disponibili ha una dinamica tale da poter rilevare e misurare, non solo un flusso consistente, pur relativamente scarso, ma anche un flusso con un valore estremamente basso, vale a dire un valore di flusso prossimo allo zero.

Questo aspetto limitativo degli attuati dispositivi per rilevare e misurare il flusso di un fluido è verificabile attraverso, ad esempio, un qualunque contatore idrico, che risulta essere perfettamente idoneo a misurare il flusso d'acqua erogato quando si apre almeno un rubinetto o una valvola idraulica a valle del contatore, ma che appare del tutto insensibile e inidoneo a rilevare un flusso sostanzialmente insignificante, quale può essere quello causato da micro perdite dell'ordine, ad esempio, di poche gocce all'ora che di fatto non generano alcun flusso.

E' dunque evidente che per sua configurazione un qualsiasi contatore o flussimetio non permette la rilevazione di microflussi di fluidi, e ciò anche utilizzando in combinazione gli attuali sistemi di rilevazione.

Pertanto, pur limitandosi unicamente a un impianto per la distribuzione di acqua in un ambito domestico, è oggettivamente impossibile rilevare e misurare correttamente con uno stesso dispositivo sia un consumo riferito ad un normale (intendendo come "normale" il flusso di fluido erogato volontariamente) utilizzo d'acqua attraverso mezzi di distribuzione come lavabo, doccia, irrigazione, ecc., 3 BIESSE SRL

sia un consumo infinitesimale derivante per esempio da una perdita di poche gocce al minuto. A questo riguardo, se si considera che ad una perdita di una sola goccia ogni due secondi corrisponde una perdita complessiva di circa 12 litri al giorno e, quindi, di migliaia di litri d'acqua all'anno, appare evidente la grande importanza di poter rilevare e misurare tempestivamente anche micro consumi d'acqua.

Ciò, sia come diagnosi preventiva all'insorgere di una perdita, spesso celata, che potrebbe degenerare e diventare importante, onerosa nel tempo oltre che a causare danni alle strutture circostanti, sia per un risparmio di risorse e, non ultimo, per un corretto addebito dei consumi all'utente da parte dell'ente erogatore.

Ad oggi permane quindi la mancanza di strumenti in grado di rilevare e misurare correttamente non solo flussi di fluido considerati normali in rispettivi impianti di distruzione, ma anche microflussi indicativi di micro perdite spesso nascoste e non individuabili altrimenti se non a lungo andare con il trascorrere del tempo.

Obiettivo dell'Invenzione

Compito della presente invenzione è di rimediare a una tale mancanza e di creare corrispondentemente le condizioni per rilevare e misurare tempestivamente e correttamente, attraverso un'innovativa combinazione di soluzioni tecniche idrauliche, elettroniche e di misurazione, anche microflussi nell'ambito di un qualsiasi impianto per la distribuzione di fluidi, compresi gli impianti per la distribuzione di acqua anche domestici, con il vantaggio di evitare consumi e oneri impropri, nonché possibili danni ambientali.

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Come detto in precedenza, per la rilevazione e misurazione di flussi di fluido medio-grandi si utilizzano il più usualmente flussimetri meccanici a "ventolino". Quando il flussimetro non è più in grado di rilevare un flusso di fluido, che pure è ancora presente, significa che il valore di questo flusso è inferiore al minimo misurabile dal dispositivo.

D<7>altro canto, mentre un microflusso dovuto a una microperdita non genera alcun flusso di fluido apprezzabile misurabile con un flussimetro, è innegabile che il fluido perso ha comunque un suo proprio volume, proporzionale alla perdita effettiva,

La presente invenzione è stata concepita sulla base di questo aspetto fisico di un fluido e consiste nel quantificare, non tanto la grandezza di un flusso di fluido, peraltro misurabile con i dispositivi attuali, bensì il volume di fluido che eventualmente transita in un impianto.

Sommario dell'Invenzione

In accordo con la presente invenzione, il suddetto compito viene risolto con un metodo per la rilevazione di microflussi di fluido in impianti per la distribuzione di un fluido sotto pressione includenti almeno una tubazione con associato almeno un flussimetro o contatore e almeno un rubinetto o valvola per l'apertura e chiusura dell'impianto, comprendente i passi di:

predisporre un contenitore con un dato volume interno, collocare nel contenitore un elemento mobile per dividere il volume interno di detto contenitore in due camere separate, variabili in volume,

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deviare il fluido da detta tubazione ad ognuna di dette due camere a contatto con le facce opposte dell' elemento mobile, la posizione dell' elemento mobile variando in dipendenza delle spinte sulle facce opposte di detto elemento mobile da parte del fluido in dette camere,

rilevare una posizione statica di equilibrio dell'elemento mobile entro il contenitore conseguente ad un equilibrio delle spinte sulle sue due facce opposte, l'elemento rimanendo in una posizione statica quando il volume di fluido nelle due camere non varia,

rilevare ogni variazione della posizione dell'elemento mobile in dette camere conseguente alla spinta del fluido su una faccia di detto elemento mobile derivante da un'uscita di una almeno una parte del volume di fluido da una o l'altra di dette camere quando 1'impianto è chiuso,

considerare questo volume di fluido uscito da una di dette camere come indicativo di una perdita nell'impianto.

La posizione di equilibrio e ogni variazione di posizione dell'elemento linearmente mobile può essere rilevata e monitorata elettronicamente e/o meccanicamente.

Conoscendo le dimensioni delle camere all'interno del contenitore il metodo dell'invenzione consente altresì di misurare con un sistema di monitoraggio anche l'entità della perdita semplicemente attraverso le variazioni di posizione dell'elemento linearmente mobile.

Per l'attuazione del suddetto metodo, l'invenzione propone un dispositivo secondo la rivendicazione 4.

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In accordo con l'invenzione tale dispositivo comprende essenzialmente: almeno una tubazione con associato almeno un flussimetro o contatore e almeno un rubinetto o valvola per l'apertura e chiusura dell'impianto; una seconda tubazione in comunicazione di fluido con detta prima tubazione in corrispondenza a una prima derivazione e una seconda derivazione ciascuna provvista di una valvola idraulica; un contenitore con un dato volume interno; un elemento mobile alloggiato in detto contenitore per suddividere il suo interno in due camere di volume variabile in dipendenza della variazione di posizione di detto elemento mobile nel contenitore, dove una di dette due camere in detto contenitore è in permanente comunicazione di fluido con la prima tubazione e l'altra di dette due camere in detto contenitore è in permanente comunicazione di fluido con la seconda tubazione, entro un tratto di dette tubazioni compreso tra detta prima derivazione e detta seconda derivazione, e dove all'elemento mobile è collegato un sensore di posizione per rilevarne le variazioni di posizione di detto elemento in detto contenitore in risposta alle variazioni del volume di fluido in dette camere indicative di microflussi di fluido non rilevabili dal flussimetro o contatore.

Breve Descrizione dei Disegni

L'invenzione sarà meglio illustrata nel seguito della descrizione fatta con riferimento agli allegati disegni indicativi e non limitativi, nei quali:

la Fig. 1 mostra il dispositivo nella condizione di una normale erogazione e misurazione di un flusso di fluido; e

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le Figg. 2 e 3 mostrano il dispositivo in assetto per la misurazione di microflussi in due diverse condizioni.

Descrizione dettagliata dell'Invenzione

In dette Figure sono schematizzate una prima tubazione 11, lungo la quale è inserito un flussimetro 12, e una seconda tubazione 13 in comunicazione di fluido con la prima tubazione 11 in corrispondenza a una prima derivazione 14 includente una prima valvola idraulica 15 e a una seconda derivazione 16 includente una seconda valvola idraulica 17.

Nell'esempio illustrato, le valvole idrauliche 15, 17 sono schematizzate ognuna come elemento oscillante in grado di assumere due posizioni, ma in concreto saranno di preferenza elettrovalvole oppure valvole meccanico-idrauliche in grado di deviare il flusso di fluido da una tubazione all'altra.

Le due tubazioni 11, 13 sono permanentemente piene di fluido e in comunicazione con due parti opposte di un contenitore 18, attraverso un primo tronco di raccordo 19 e un secondo tronco di raccordo 20, rispettivamente, previsti nel tratto della prima tubazione compreso tra la prima derivazione e la seconda derivazione.

All'interno del contenitore 18 è disposto un elemento flottante, che nell'esempio illustrato è costituito da un pistone 21 movibile assialmente e con una sufficiente tenuta sulla superficie interna del contenitore stesso. Il contenitore 18 potrà avere una qualsiasi forma appropriata, e l'elemento o pistone flottante 21 sarà comunque concepito per suddividere l'interno di detto contenitore in due camere, 8 BIESSE SRL

rispettivamente a e b, separate, con una camera a in comunicazione di fluido con la prima tubazione 11 attraverso il primo tronco di raccordo 19 e Γ altra camera b è in comunicazione di fluido con la seconda tubazione 13 attraverso il secondo tronco di raccordo 20.

II volume interno del contenitore può essere prestabilito così da conoscere il volume di ciascuna delle due camere a e b delimitate dall'elemento o pistone flottante 21, vale a dire mobile in sensi opposti.

In particolare, poi, la prima tubazione 11 può essere identificata come una conduttura di un impianto per la distribuzione di un fluido, per esempio per l'erogazione di acqua in un ambito domestico o in un edificio. Il fluido da distribuire è inteso arrivare e percorre con una certa pressione di rete la prima tubazione 11 in direzione delle freccia F in Fig. 1. Inoltre, il sistema sopra descritto può essere posto sia a monte, come nei disegni, sia a valle del flussimetro 12 installato lungo tale prima tubazione 11. Le valvole idrauliche 15, 17 sono comandate in modo da controllare sia l'accesso di fluido dalla prima alla seconda tubazione sia il passaggio di fluido dalla seconda tubazione alla prima tubazione.

Le camere a e b all'interno del contenitore 18, che sono in comunicazione permanente con la prima tubazione 11 e la seconda tubazione 13, rispettivamente, restano sempre occupate dal fluido, ancorché in volume variabile nel senso che all'aumento di volume di fluido in una camera corrisponde una riduzione di volume di fluido nell'altra camera, e viceversa, causando con ciò uno spostamento 9 BIESSE SRL

dell'elemento o pistone flottante 21 che viene così ad assumere diverse posizioni.

Pertanto, le variazioni di posizione dell'elemento o pistone flottante 21 all'interno del contenitore 18 vengono ad essere indicative delle variazioni del volume di fluido contenuto di volta in volta in ciascuna di dette camere. Le posizioni dell'elemento pistone flottante 21 possono essere rilevate finemente a mezzo di un sensore di posizione 22 associato al detto elemento o pistone attraverso un trasduttore 23 sotto il controllo di un'elettronica di monitoraggio dedicata che, oltretutto, potrà essere impostata per discriminare il flusso di fluido dovuto a consumi ritenuti normali e misurabili con un flussimetro da micro consumi, ovvero micro perdite.

Il sensore di posizione 22, che nei disegni è semplicemente schematizzato, potrà essere di qualsiasi tipo magnetostrittivo, resistivo, induttivo, capacitivo, trasformatore ad accoppiamento variabile. In alternativa, il sensore con relativo trasduttore di posizione potrà essere anche di tipo meccanico.

Nell'insieme, le valvole idrauliche 15, 17, opportunamente gestite, consentono di intercettare, sezionare e deviare il flusso di fluido dalla prima tubazione 11 alla seconda tubazione 13 e da queste tubazioni 11, 14 alle camere a e b da parti opposte del pistone flottante 21 nel contenitore 18.

Da notare che nei disegni i tratteggi più fitti stanno ad indicare il fluido che ad impianto aperto percorre normalmente le tubazioni e può essere misurato dal flussimetro, mentre i tratteggi meno fitti stanno ad 10 BIESSE SRL

indicare il fluido che ad impianto chiuso e nel caso di perdite può dar luogo ad un microflusso lungo le tubazioni a valle del dispositivo, non rilevabile dal flussimetro. Inoltre il motivo grafico ondulato E in Fig. 1 sta ad indicare una normale erogazione di fluido, mentre le gocce G nelle Fig. 2 e 3 indicano microflussi ovvero micro perdite.

Data la pressione idrica (propria della rete di distribuzione) a monte del sistema di rilevazione e misura secondo l'invenzione, il fluido presente nella prima camera a esercita allora una spinta sulla superficie frontale dell'elemento o pistone flottante rivolta verso questa stessa camera, mentre il fluido presente nella seconda camera b esercita una spinta sulla faccia opposta dello stesso elemento o pistone flottante.

Fintanto che le spinte idriche sulle due facce opposte dell'elemento o pistone flottante 21 sono uguali, quest'ultimo non effettua alcun movimento, rimanendosi perciò in equilibrio, fermo nel contenitore in una qualsiasi posizione come mostrato nella Fig. 1. E' una condizione questa che si verifica sia durante una normale erogazione di fluido conseguente all'apertura di rubinetti o valvole di distribuzione lungo le canalizzazioni dell'impianto monitorato, il cui flusso è allora misurabile da parte del flussimetro 12, sia in assenza di qualsiasi perdita nell'impianto, vale dire quando, a rubinetti o valvole di distribuzione chiusi, l'impianto è stagno per cui non vi è alcun flusso di fluido.

Nel caso, invece, di perdite di fluido dalle canalizzazioni dell'impianto, anche solo una lievissima perdita e comunque tale da non generare un flusso che possa essere rilevato e misurato, per sue 11 BIESSE SRL

caratteristiche, da parte del flussimetro 12, il rapporto dei volumi di fluido nelle camere a e b andrà a modificarsi causando un correlativo spostamento dell'elemento o pistone flottante 21 nel contenitore.

Per esempio, il fluido può allora uscire dalla camera b in una quantità o, meglio, un volume esattamente uguale a quello dovuto all'effettiva perdita di fluido nell'impianto, come mostrato in Fig. 2. Il conseguente spostamento dell'elemento o pistone 21 potrà allora essere prontamente rilevato attraverso il sensore di posizione 22 ed eventualmente segnalato con appropriati mezzi connessi al sistema di monitoraggio. Allo stesso tempo, conoscendo il volume interno del contenitore 18 ovvero delle due camere da parti opposte del l'elemento o pistone flottante 21, e con un'adeguata predisposizione dell'elettronica di monitoraggio o di una meccanica di conteggio sarà possibile misurare anche l'entità delle perdite di fluido in atto.

Qualora una o l'altra camera all'intemo del contenitore 18 dovesse svuotarsi completamente e l'elemento o pistone flottante 21 raggiungere il fondo del contenitore 18 da una parte o dall'altra, risultando allora impossibilitato a muoversi nella direzione che stava seguendo, l'elettronica o la meccanica di monitoraggio prowederà ad invertire automaticamente, per il tramite delle valvole idrauliche 15, 17, deflusso/ afflusso del fluido nelle camere a e b in modo che l'elemento o pistone 21 possa continuare a muoversi, ma in direzione opposta.

Allora, in presenza di perdite nell'impianto il fluido defluirà dalla camera a ed affluirà nella camera b, al contrario di quanto in precedenza descritto, come mostrato nella Fig. 3.

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Il dispositivo di rilevazione e misura secondo l'invenzione, può quindi assumere anche un andamento ciclico allorquando l'entità della microperdita è tale da determinare il deflusso completo di fluido da una camera o dall'altra.

Da notare che il dispositivo secondo l'invenzione consente vantaggiosamente di passare da una modalità di misura/ lettura di un flusso di fluido attraverso un misuratore quantitativo ovvero di portata tramite un flussimetro o un contatore, ad una modalità di misura volumetrica effettuata rilevando una variazione del volume di fluido entro una camera attraverso una variazione della posizione fisica di un elemento flottante, nel caso illustrato il pistone, all'interno della stessa camera.

Perciò è possibile rilevare di volta in volta perdite volumetriche di fluido anche infinitesimali in quanto queste saranno sempre rapportate alle variazioni della posizione fisica di un elemento, variazioni di posizione che per quanto bevi possono essere sempre rilevate elettronicamente e/o meccanicamente con facilità ed assoluta precisione.

Vantaggiosamente, poi, nell'ambito dell'impianto per la distribuzione di un fluido così monitorato, le stesse valvole idrauliche, o meglio elettrovalvole, oltre che ad invertire i flussi nelle camere all'interno del contenitore, e ad aprire la tubazione 11 dietro richiesta di erogazione di una normale portata di fluido a valle, possono essere utilizzate per sezionare l'impianto nel caso si verificasse una perdita, condizione questa rilevabile analizzando, graficando ed interpretando 13 BIESSE SRL

attraverso il dispositivo descritto l'andamento dei consumi, siano essi normali o micro consumi che non sono misurabili con strumenti tradizionali.

Inoltre, oltre a poter rilevare e misurare microperdite di fluido il sistema sopra descritto ha il vantaggio della semplicità concettuale e funzionale e di essere di basso costo e di sicura affidabilità.

Brescia, 18 Febbraio 2011

Enrico BARBIERI (No. 320)

Claims (2)

1. BIESSE SRL A-754 "METODO E DISPOSITIVO PER RILEVARE E MISURARE MICROFLUSSI DI FLUIDI" R IV E N D IC A Z IO N I 1. Metodo per rilevare e misurare microflussi di fluido in 5 impianti per la distribuzione di un fluido sotto pressione che includono almeno una tubazione (11) con associato almeno un flussimetro o contatore e almeno un rubinetto o valvola per l'apertura e chiusura dell'impianto, comprendente i passi di: predisporre un contenitore (18) con un dato volume interno, io collocare nel contenitore un elemento mobile (21) per dividere il volume interno di detto contenitore in due camere separate (a e b), variabili in volume, deviare il fluido da detta tubazione (11) ad ognuna di dette due camere (a e b) a contatto con le facce opposte dell'elemento mobile (21), 15 la posizione dell'elemento mobile variando in dipendenza delle spinte del fluido in dette camere sulle facce opposte dello stesso elemento, rilevare una posizione statica di equilibrio dell'elemento mobile (21) entro il contenitore (18) conseguente ad un equilibrio delle spinte sulle sue due facce opposte, l'elemento mobile rimanendo in una 20 posizione statica quando il volume di fluido nelle due camere non varia, rilevare ogni variazione della posizione dell'elemento mobile in dette camere conseguente ad una variazione della spinta del fluido su una faccia di detto elemento mobile (21) derivante da un'uscita di una 2 BIESSE SRL almeno una parte del volume di fluido da una o l'altra di dette camere quando rimpianto è chiuso, computare questo volume di fluido uscito da una di dette camere come indicativo di una perdita nell'impianto non rilevabile con il flussimetro.
2. 2. Metodo secondo la rivendicazione 1, comprendente inoltre il passo di misurare l'entità di una microperdita attraverso le variazioni di posizione dell'elemento mobile e le corrispondenti variazioni di fluido in almeno una delle camere (a e b) in detto contenitore, 3. Metodo secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui la posizione di equilibrio e ogni variazione di posizione dell'elemento mobile (21) può essere rilevata e monitorata elettronicamente o con mezzi meccanici. 4. Dispositivo per rilevare e misurare con il metodo secondo le rivendicazione precedenti microflussi di fluido in impianti per la distribuzione di un fluido sotto pressione includenti almeno una tubazione (11) con associato almeno un flussimetro o contatore e almeno un rubinetto o valvola per l'apertura e chiusura dell'impianto, caratterizzato da: una seconda tubazione (13) in comunicazione di fluido con detta prima tubazione (11) in corrispondenza a una prima derivazione e una seconda derivazione ciascuna provvista di una valvola idraulica (15, 17), un contenitore con un dato volume interno (18), un elemento mobile (21) alloggiato in detto contenitore per suddividere il suo interno in due camere (a e b) di volume variabile in 3 BIESSE SRL dipendenza della variazione di posizione di detto elemento mobile nel contenitore, e in ciò che una di dette due camere (a) è in permanente comunicazione di fluido con la prima tubazione (11) e l'altra di dette due camere (b) è in permanente comunicazione di fluido con la seconda tubazione (13), in un tratto di dette tubazioni compreso tra detta prima derivazione e detta seconda derivazione, e all'elemento mobile (21) è collegato un sensore di posizione destinato a rilevarne le variazioni di posizione di detto elemento mobile in detto contenitore in risposta alle variazioni del volume di fluido in dette camere indicative di microflussi di fluido non rilevabili dal flussimetro o contatore. 5. Dispositivo secondo la rivendicazione 4, in cui le valvole idrauliche in corrispondenza alla prima derivazione e alla seconda derivazione sono elettrovalvole o valvole meccanico-idrauliche (15, 17) gestite per deviare selettivamente il flusso di fluido dalla prima tubazione (11) alla seconda tubazione e viceversa, dette derivazioni con dette valvole essendo collocate a monte oppure a valle del flussimetro lungo la prima tubazione. 6. Dispositivo secondo la rivendicazione 4 o 5, in cui detto contenitore (18) è di preferenza cilindrico e l'elemento mobile (21) è un pistone flottante avente con mezzi di tenuta operanti sulla superficie interna di detto contenitore per separare le due camere una dall'altra. 4 BIESSE SRL 7. Dispositivo secondo la rivendicazione 4 o 5, in cui il contenitore e l'elemento mobile sono associati per definire almeno due camere destinate a contenere volumi di fluido variabili. 8. Dispositivo secondo una delle rivendicazioni da 4 a 7, comprendente un'elettronica di monitoraggio per gestire la posizione di dette elettrovalvole e per rilevare e misurare le variazioni di volume di fluido in ciascuna delle due camere in detto contenitore in risposta alle variazioni di posizione dell'elemento mobile rilevate dal sensore di posizione. 9. Dispositivo secondo una delle rivendicazioni da 4 a 7, comprendente mezzi meccanici di monitoraggio per gestire la posizione di dette valvole meccanico-idrauliche e per rilevare e misurare le variazioni di volume di fluido in ciascuna delle due camere in risposta alle variazioni di posizione dell'elemento mobile rilevate dal sensore di posizione. 10. Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 4 a 9, in cui il sensore di posizione può essere un sensore magnetostrittivo, resistivo, induttivo, capacitivo, trasformatore ad accoppiamento variabile, oppure un sensore di posizione di tipo meccanico. Brescia, 18 Febbraio 2011 Enrico BARBIERI (No. 320)