ITMI20071019A1 - Metodo e apparecchiatura per la misura ed il controllo della quantita' di gas di nucleazione disperso in un fluido multifase - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione avente TITOLO:

"METODO E APPARECCHIATURA PER LA MISURA ED IL CONTROLLO DELLA QUANTITÀ DI GAS DI NUCLEAZIONE DISPERSO IN UN FLUIDO MULTIFASE"

RIASSUNTO

Un metodo ed un'apparecchiatura per la misura ed il controllo della quantità di un gas di nucleazione disperso in un fluido multifase di un componente poliuretanico, in cui il fluido multifase costituisce il dielettrico di uno strumento di misura capacitivo. Mediante una unità di processo programmata, inizialmente si effettua una calibrazione dello strumento di misura determinandone un coefficiente di proporzionalità dielettrica, in funzione di capacità misurate in differenti condizioni di pressione; successivamente, mediante un'idonea formula dì calcolo l'unità dì processo, in base ai valori di capacità misurati nelle condizioni operative dall'apparecchiatura, ricava il valore indicativo della frazione volumetrica del gas disperso nel fluido, riferendola alla pressione atmosferica. Il valore rilevato viene comparato con un valore dì riferimento e, in funzione dell'errore risultante viene controllata l'alimentazione del gas di nucleazione e la sua dispersione nel fluido multifase.

SFONDO DELL'INVENZIONE

La presente invenzione si riferisce sia alla produzione di schiume poliuretaniche espanse, sia di materiali poliuretanici compatti, a media ed alta densità, per i quali l'aggiunta di gas emulsionati, ad esempio di aria, ad uno o ad entrambi i componenti chimici porta ad indubbi vantaggi tecnologici.

È noto che un liquido molto viscoso, quale un polìolo, tende a mantenere in emulsione le microbolle di un gas finemente disperso nel liquido stesso, abbassandone la viscosità apparente e rendendo in questo modo più facile il suo pompaggio e la sua miscelazione.

Inoltre, nel caso della produzione di materiale poliuretanico, quando il polìolo viene miscelato con 1'isocianato il gas in sospensione facilita la reazio-ne chimica, nonché agisce come "seme" per la nucleazione e come coadiuvante per la formazione iniziale delle celle.

Le piccole celle così formatesi, successivamente espandono per l'apporto dei vapori che si formano con la reazione chimica e l'evaporazione dell'agente di espansione durante la reazione chimica tra i vari componenti, nonché per l'incremento dì temperatura della miscela poliuretanica risultante, e del gas di nucleazione contenuto nelle singole celle, conseguente al calore generato dalla reazione.

Il gas di nucleazione, inizialmente disperso in emulsione in uno o in entrambi i componenti poliuretanici, collabora dunque in modo basilare alla formazione ed alla espansione della schiuma poliuretanica.

Nel caso di manufatti in poliuretano compatto o semicompatto, le microbolle di gas contribuiscono in modo sostanziale ad abbassarne il peso specifico, mantenendo elevate le caratteristiche meccaniche del manufatto grazie alla forma sferica delle singole celle. In questo caso le bolle di gas rimangono finemente disperse nella matrice poliuretanica, formando una amalgama che ne riduce il peso specifico, consentendo notevoli risparmi di materiale.

È altresì noto che nella produzione in serie di beni industriali, il mantenimento di prefissate condi-zioni operative e di processo è un fattore fondamentale per garantire, nel tempo, la qualità e le caratteristiche del prodotto.

Pertanto, nella produzione di schiume e di manu-fatti in poliuretano è importante poter misurare e controllare con precisione la quantità di gas di nucleazione disperso durante la formazione dell'emulsione, poiché dalla quantità di gas disperso e dalle condizioni di temperatura e pressione a cui avviene la dispersione, dipendono le caratteristiche del manufatto finale.

Le apparecchiature di misura attualmente impiegate, prevalentemente basate su misure di densità del fluido emulsionato, non sono in grado di estrapolare automaticamente, ovvero di fornire una precisa indicazione sulla quantità di gas in sospensione, a partire dalle condizioni di pressione e dalla eventuale presenza di cariche disperse, che non sia influenzata dalla velocità a cui il lìquido attraversa l'apparecchiatura di misura.

Nella produzione di schiume e/o di materiali poliuretanici, a partire da componenti lìquidi chimicamente reattivi, ad esempio nella produzione di schiume poliuretaniche sia di tipo rìgido che flessibile, e più in generale di resine espanse, al fine di dare av-vio e di facilitare l'iniziale processo di espansione, come precedentemente riferito può risultare utile ge-nerare delle piccole bolle di un gas di nucleazìone opportunamente disperso in uno o in entrambi i componenti

L'incorporazione di aria, anidride carbonica o di altro gas di nucleazione in un componente liquido di una miscela poliuretanica chimicamente reattiva, è diventato un fattore sempre più importante in quanto contribuisce a creare una gran quantità di microbolle iniziali di gas attivi come germi per formare una struttura cellulare maggiormente omogenea. Per diverse ragioni, la misura ed il controllo della quantità di gas di nucleazione disperso in un compente liquido di una miscela poliuretanica risultano pertanto difficili con i sistemi convenzionalmente impiegati.

L'uso di strumenti di misura capacitivi è stato variamente proposto ed impiegato per misurare il livello di liquidi in serbatoi, utilizzando lo stesso liquido come dielettrico dello strumento di misura. Esempi di questo genere si ritrovano in EP-A-1582848, ed EP-A-0538182.

L'uso di strumenti di misura capacitivi è stato altresì proposto nel settore petrolifero e in settori affini per determinare le portate di flussi multìfase, in particolare per valutare la quantità di acqua con-tenuta in un olio grezzo, ovvero la quantità di gas in un combustibile liquido; esempi si ritrovano in US-A-4,441,362, US-A-4,599,888 ed US-A-4,713,603.

SCOPI DELL'INVENZIONE

Scopo principale della presente invenzione è di fornire un metodo ed un'apparecchiatura per la misura ed il controllo della quantità di gas di nucleazione disperso in un fluido multifase, eventualmente contenente cariche solide, quale componente di una miscela poliuretanica, mediante i quali si rende possibile ovviare agli inconvenienti dei sistemi di misura e di controllo precedentemente noti.

In particolare, uno scopo dell'invenzione è di fornire un metodo ed un'apparecchiatura di misura e di controllo come precedentemente riferito, mediante ì quali si rende possibile misurare e controllare, in modo facile e precìso, la quantità di gas disperso in uno o in entrambi i componenti liquidi di una miscela poliuretanica mentre fluiscono lungo un circuito di misura, tenendo automaticamente conto delle caratteristiche del fluido e delle condizioni di pressione a cui è sottoposto.

Un ulteriore scopo ancora dell'invenzione è di fornire un metodo ed un'apparecchiatura di misura e di controllo come riferito, mediante i quali è possibile misurare e controllare la quantità di gas di nuclea-zione disperso in componente poliuretanico indipenden-temente dalla pressione a cui è mantenuto, ed interve nire in tempo reale per mantenere la quantità di gas disperso ad un valore prefissato, conseguentemente per mantenere costanti le condizioni di processo e le caratteristiche del prodotto ottenuto.

BREVE DESCRIZIONE DELL'INVENZIONE

Quanto sopra è conseguibile mediante un metodo di misura e di controllo della quantità di gas di nucleazione disperso in un componente liquido di una miscela poliuretanica secondo la rivendicazione 1 o 2, nonché mediante un'apparecchiatura di misura e controllo secondo la rivendicazione 5 o 6.

In particolare, l'invenzione è basata sull'uso di uno strumento di misura inserito in un circuito di misura e di controllo della quantità di gas disperso in un fluido multifase, comprendente almeno una fase liquida con o senza cariche solide disperse ed una fase gassosa, ed in cui lo stesso fluido multifase costituisce il dielettrico dello strumento di misura. Mediante un'unità di controllo programmata con appositi algoritmi di calcolo, è possibile effettuare una cali-bratura iniziale dello strumento di misura in base a valori di capacità rilevati a differenti valori di pressione, nonché calcolare e controllare la frazione volumetrica del gas disperso nel componente poliureta-nico, riferita alla pressione atmosferica, nelle condizioni di processo.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

Il metodo e l'apparecchiatura secondo l'invenzione, ed alcune forme di realizzazione preferenziali, verranno maggiormente illustrati qui di seguito con riferimento ai disegni, in cui:

Fig. 1 è uno schema generale dell'apparecchiatura di misura e controllo;

Fig. 2 mostra un primo dispositivo di dispersione del gas;

Fig. 3 mostra un secondo dispositivo di dispersione del gas;

Fig. 4 mostra un terzo dispositivo di dispersione del gas;

Fig. 5 mostra una soluzione alternativa dei mezzi per variare la pressione del fluido, nel circuito di misura di figura 1.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELL'INVENZIONE

Secondo la forma di realizzazione preferenziale di figura 1, l'apparecchiatura comprende un serbatoio 10 per un primo componente poliuretanico A, nonché un serbatoio 11 per un secondo componente poliuretanico B, che vengono alimentati allo stato liquido in quantità dosate, ad un dispositivo di miscelazione 12 me-diante rispettive pompe dosatrici 13 e 14.

In almeno uno dei due componenti, ad esempio nel componente A, viene disperso un gas dì nucleazione, ad esempio aria, che viene emulsionato mantenendo il componente liquido ad un prefissato valore di pressione P, in generale pre-impostato ad una pressione che permetta la dispersione della quantità di gas desiderata o superiore, dipendente dalle condizioni di miscelazione e di processo.

L' apparecchiatura comprende inoltre un dispositivo 15 per la dispersione del gas di nucleazione nel componente poliuretanico liquido, che può essere di qualsiasi tipo; ad esempio può essere costituito da un agitatore, da un dispersore meccanico o da un dispersore statico, come più avanti spiegato.

Il dispositivo 15 di dispersione del gas costituisce parte di un circuito di misura comprendente uno strumento dì misura capacitivo 16 percorso da un flui-do multifase comprendente il componente poliuretanico liquido, il gas di nucleazione, ed eventuali solidi o cariche disperse nel fluido stesso.

Nel caso mostrato, il dispositivo 15 di disper-sione del gas è collegato ad una sorgente di gas in pressione 17, ad esempio aria avente una pressione su-periore a 1,0 bar mediante una linea di alimentazione 18 e 19 provvista di un riduttore di pressione 20 e di una elettrovalvola di controllo 21. La linea 19di alimentazione del gas, è altresì collegata al serbatoio 10 per la sua pressurizzazione, nonché ad una elettrovalvola 22 di scarico dell'aria. Un manometro 23 indica la pressione del gas alimentato al dispositivo di dispersione 15 ed al serbatoio 10 di stoccaggio del componente poliuretanico con il gas in emulsione. Nel caso del nucleatore ad albero cavo di figura 2, la pressione di alimentazione del gas al nucleatore 15 è la stessa pressione esistente nel serbatoio di stoccaggio 10. Nel caso del nucleatore meccanico di figura 3 o equivalente, si deve prevedere una linea separata di alimentazione del gas, con pressione e portata impostabili dall'utente. Nel caso di dispersore e miscelatore statici di figura 4, si deve nuovamente prevedere una linea separata di alimentazione del gas di nucleazione, con pressione e portata impostabili dall'utente.

Nell'esempio di figura 1, il circuito di misura della quantità di gas di nucleazione disperso nel com-ponente poliuretanico liquido, costituisce parte di un circuito di ricircolo 24 comprendente una pompa 25 di circolazione del fluido ed un pressostato 26.

Il dispositivo 15 di dispersione del gas, il tra sduttore 16''' dello strumento di misura 16, le elettrovalvole 21 e 22, il pressostato 26, ed eventuali altre parti dell'apparecchiatura, a loro volta sono operativamente collegati ad una unità di processo 27, ad esempio un PLC, che controlla l'intero ciclo operativo dell'apparecchiatura.

Lo strumento di misura 16 può essere di qualsiasi tipo idoneo a consentire una circolazione del fluido, ed a fornire una opportuna superficie di contatto con il fluido stesso in modo che esso costituisca il dielettrico di un condensatore. Ad esempio i due elettrodi del condensatore dello strumento 16 possono essere costituiti da un elemento tubolare o più in generale da un coro cavo 16 di conduzione del flusso, collegato al circuito del trasduttore 16''', e da una sonda 16'' che si estende coassialmente al corpo tubolare 16' dello strumento 16; in questo modo le superfici oppor-tunamente affacciate dell'elemento tubolare e della sonda costituiscono i due elettrodi di un condensatore tra i quali scorre il componente poliuretanico con il gas di nucleazione disperso e l'eventuale carica, costituendo il dielettrico dello stesso strumento di mi-sura.

In alternativa a quanto sopra descritto, lo stru-mento dì misura capacitivo può essere costituito da due elettrodi piani, tra loro affacciati con il fluido dielettrico interposto, o presentare qualsiasi altra configurazione idonea allo scopo voluto.

A sua volta il trasduttore 16''' può essere di qualsiasi tipo idoneo a fornire una indicazione diretta della capacità del condensatore, o altra indicazione ad essa correlata. Ad esempio può essere costituito da un circuito elettronico di carica del condensatore comprendente una resistenza di valore noto, in serie alla sonda capacitiva; il circuito può essere alimentato con una tensione ad onda quadra di valore prefissato e frequenza nota.

Attraverso la misura dell'andamento della tensione ai capi del condensatore, si determina la costante del tempo di carica del condensatore e si può determinarne conseguentemente la sua capacità.

Sistemi di questo genere normalmente si basano sull'uso di un oscillatore che genera un'onda quadra, e di un amplificatore/comparatore che rileva l'andamento della tensione; un temporizzatore indica il valore della costante di tempo del circuito RC così formato, e conseguentemente il valore della capacità ignota, mediante usuali formule di calcolo.

Un altro sistema per rilevare la capacità di un condensatore consiste nell'utilizzare lo stesso con-densatore come parte di un oscillatore, la cui frequenza in uscita indica direttamente il valore della capacità incognita.

Altro sistema ancora consiste nell'alimentare un circuito RC costituito dalla sonda capacitiva, con on-de quadre a "duty cycle" basso, usando la tensione media ai capi del condensatore per determinarne la capacità; in questo caso la frequenza di oscillazione deve essere di valore elevato, ad esempio dell'ordine di centinaia di Khz, fino a Mhz. Per "duty cycle" si intende il rapporto percentuale fra la durata della parte "alta" dell'onda quadra, e la durata totale del periodo.

Le figure 2, 3 e 4 mostrano, a titolo di esempio, alcune possibili forme di realizzazione di differenti dispositivi 15 di dispersione del gas.

Nel caso di figura 2 il dispositivo 15 di dispersione del gas è costituito da un agitatore ad albero cavo; l'agitatore comprende un serbatoio 28 parzialmente riempito con il fluido che fluisce dal circuito di misura 24; il cielo del serbatoio 28 è collegato, mediante la tubazione 18', al cielo del serbatoio di stoccaggio 10 in modo da bilanciare le pressioni, e permettere il travaso "a sfioro" del liquido.

Un albero cavo 29 collegato ad un motore di co-mando 30, si protende assialmente nel contenitore 28; l'albero cavo 29 presenta nella parte superiore una pluralità di fori 31 di aspirazione del gas, che suc-cessivamente viene disperso nella massa liquida del componente poliuretanico attraverso alette cave 32 all'estremità inferiore dell'albero 29 per effetto Venturi .

La figura 3 mostra una seconda soluzione di un dispersore 15 di tipo meccanico; il dispositivo 15 nuovamente comprende un contenitore 28 completamente riempito di fluido, nel quale si protende una girante a palette 33 azionata dal motore elettrico 30, che disperde il gas alimentato dalla linea 18 e da un erogatore immerso nel fluido per semplice turbolenza indotta dal moto meccanico.

La figura 4 mostra una terza soluzione del dispositivo 15 di dispersione del gas di nucleazione; in questo caso il dispositivo comprende un dispersore 34 che inietta il gas direttamente nel fluido che scorre lungo un circuito di misura, in serie ad un miscelatore statico 35.

Il miscelatore statico genera nel flusso la turbolenza necessaria alla dispersione.

Il condotto 18' nei casi di fig. 3 e 4 può essere collegato anche sotto battente nel serbatoio.

I dispersori di gas di figura 2, 3 e 4 possono essere posizionati anche su un circuito di ricircolo del fluido separato dal dispositivo di misura, in parallelo piuttosto che in serie al dispositivo di misura, che, in questo caso, è alimentato da un circuito diverso e separato, oppure in altra posizione rispetto al misuratore lungo il circuito di ricircolo medesimo.

In tutte le figure 2, 3 e 4, sono stati usati gli stessi riferimenti numerici di figura 1 per indicare parti simili o equivalenti, in particolare i collegamenti tra le varie parti che compongono l'apparecchiatura di misura e controllo.

L'apparecchiatura di misura e controllo secondo l'invenzione, comprende inoltre dei mezzi atti a causare una rapida variazione di pressione nel circuito di misura, in particolare nello corpo tubolare 16' dello strumento 16, portandola da un primo valore PI ad un secondo valore di pressione P2 superiore o inferiore al precedente. Questa variazione dì pressione serve per la iniziale calibratura dello strumento di misura 16, necessaria per un successivo controllo della frazione volumetrica di gas di nucleazione disperso nel componente poliuretanico, nelle normali condizioni operative.

Per rapida variazione di pressione si intende una variazione effettuata in un lasso di tempo tale da non dare origine ad un incremento significativo della percentuale di gas che dallo stato di dispersione fine passa allo stato di soluzione nel liquido, o viceversa.

I mezzi per causare una rapida variazione di pressione del fluido nel circuito di misura, o più propriamente nello strumento 16, possono essere qualsiasi; ad esempio possono essere costituiti da un organo regolabile di strozzamento del flusso, quale una valvola automatica comandabile in modo proporzionale per cambiare la resistenza idraulica lungo il circuito di ricircolo oppure una valvola pneumatica proporzionale atta a variare rapidamente la pressione nel serbatoio di stoccaggio 10; diversamente una variazione di pressione potrebbe essere conseguita regolando la velocità della pompa 25 di ricircolo del componente e mantenendo a valle apposita resistenza idraulica, o in altro modo idoneo, ad esempio variando la pressione del fluido multifase nel serbatoio di stoccaggio.

Un'altra soluzione è mostrata nell'esempio di fi-gura 5 dove sono stati usati gli stessi riferimenti numerici per indicare parti simili o equivalenti a quelle delle figure precedenti.

In questo caso il circuito di misura comprende le due elettrovalvole 36 e 37 controllate dall'unità di processo 27 per isolare un volume di liquido nello strumento di misura capacitivo 16; questo volume liquido viene sottoposto ad una rapida compressione, ad esempio mediante una unità pistone/cilindro 38 azionata idraulicamente o pneumaticamente.

Il metodo secondo l'invenzione ed il modo di operare dell'apparecchiatura di misura e controllo, verranno maggiormente illustrati qui di seguito con riferimento all'esempio di figura 1.

Si supponga che il fluido che fluisce lungo il circuito di ricircolo 24 e nello strumento 16, sia un fluido almeno bifase comprendente una fase liquida costituita da un componente chimico di una miscela poliuretanica ed una fase gassosa costituita da un gas di nucleazione disperso nel componente liquido; non si esclude che il fluido possa contenere anche una carica di particelle solide.

Il dielettrico nello strumento 16 risulta pertanto costituito da un volume VLdi liquido (con o senza carica), e da un volume VGdi gas disperso in piccole bolle.

Essendo il volume totale del fluido contenuto nella sonda, di valore costante pari al 100%, al va-riare della pressione del fluido le piccole bolle di gasdisperso varieranno di volume e varierà in proporzione sia il volume del gas che il volume del liquido contenuti nella sonda capacitiva.

È altresì noto che un liquido essendo praticamente incomprimibile, presenta caratteristiche dielettriche costanti; analogamente una eventuale carica solida finemente dispersa nel liquido presenta caratteristiche dielettriche costanti al variare della pressione; diversamente un gas risulta comprimibile, tuttavia le sue caratteristiche dielettriche non variano in modo significativo al variare della pressione, per cui si possono altrettanto ritenere di valore sostanzialmente costante.

Pertanto, se si definisce con:

εΓι,= caratteristica dielettrica di base del liquido (eventualmente contenete una carica di particelle solide)nello strumento di misura - costante;

stG= caratteristica dielettrica di base del gas nello strumento di misura - costante;

VL= volume di liquido nello strumento di misura - variabile;

VG= volume di gas nello strumento di misura -variabile;

VT0T= volume totale del dielettrico nello strumento di misura capacitivo, dove VT0T=<::>Vll+VG=costante; e se si considera che la capacità di carica di un condensatore dipende sia dalle sue caratteristiche geometriche, quali la forma e le dimensioni degli elettrodi, sia dalle caratteristiche fisiche del dielettrico che, per quanto precedentemente riferito, nel caso in considerazione non variano; premesso questo, la capacità C di un condensatore può essere espressa dalla relazione:

dove

K = costante geometrica dello strumento di misura ε = costante dielettrica del fluido Per un fluido bifase, la costante ε può essere espressa come somma delle caratteristiche dielettriche delle due fasi, ciascuna rapportata al volume occupa-to; pertanto la capacità della sonda 16 in figura 1, nel caso di un fluido bifase può essere espressa dalla formula che segue:

1 )

Le frazioni volumetriche del gas e del liquido sono date dalle seguenti formule:

2)

dove :

V'L= frazione volumetrica del liquido

V'G = frazione volumetrica del gas

e dove VGe VLsono i volumi del gas e del liquido in condizione compressa alla pressione assoluta P.

La formula che lega la capacità C della sonda 16, al volume, ed alle costanti dielettriche della miscela gas-liquido, è espressa nuovamente dalla formula seguente:

3)

SrL = costante dielettrica relativa del liquido

sr6= costante dielettrica relativa del gas.

A sua volta VGpuò essere espresso in funzione della pressione P, sempre in valore assoluto, e di V0Galla pressione assoluta di 1 bar (pressione atmosferica) dalla seguente formula:

4)

Se si definisce con a una grandezza che indica il rapporto fra il volume di gas disperso alla pressione atmosferica, ed il volume liquido totale nel sistema 5)

elaborate le sostituzioni ed i necessari passaggi ma-tematici, la formula "3" può essere riscritta nel modo seguente

6)

Per semplificare i calcoli, ipotizzando di tra-scurare il contributo del gas nella relazione "6", quindi considerando solo il contributo della fase liquida, il valore della capacità C sarà dato dalla formula :

7)

la formula precedente, risolta in funzione di a, risulta essere

8)

La percentuale G0% di gas disperso nel liquido alla pressione atmosferica è data da

9 )

dove a può essere determinato conoscendo il valore del prodotto della costante dielettrica relativa del liquido e della costante geometrica dello strumento di misura KsrLdella sonda capacitiva.

Il coefficiente di proporzionalità dielettrico erLK della sonda, in base al quale fare automaticamente un controllo periodico o continuo della quantità di gas di nucleazione disperso nel fluido, dipende dunque sia dalle caratteristiche geometriche della sonda, sia delle caratteristiche del fluido da controllare.

E' altresì noto che sugli impianti che trattano i componenti chimici poliuretanici è necessario mantenere controllata e costante la temperatura delle resine per garantirne una reattività ripetibile e questo consente che la calibrazione sia eseguita alla temperatura desiderata.

Come inizialmente riferito, allo scopo di garantire la costanza della qualità e delle caratteristiche di un prodotto, nella produzione di schiume e/o di articoli in materiale poliuretanico, è necessario controllare e mantenere costante la quantità di gas di nucleazione dispersa nel componente liquido della miscela.

Per consentire un controllo, all'inizio dì ogni ciclo di lavoro, o ad ogni cambio di materiale occorre effettuare una calibrazione della sonda capacitiva al fine di determinare un coefficiente di proporzionalità dielettrica srt,K, dipendente dalla costante dielettrica base srLdella fase lìquida, eventualmente con una carica finemente dispersa, e dalla costante geometrica K della sonda capacitiva impiegata, con la quale sarà poi possibile misurare e controllare automaticamente la quantità di gas di nucleazione disperso nel componente poliuretanico, mediante una unità di processo appositamente programmata con idonei algoritmi di cal-colo e di controllo.

Secondo un aspetto della presente invenzione, il calcolo del coefficiente dì proporzionalità dielettri-co della sonda capacitiva può essere ottenuto eseguen-do una idonea fase preliminare di calibratura, rilevando e misurando le capacità Cje C2della sonda a due differenti valori di pressione Pi e P2del fluido; questo può essere eseguito e ripetuto ogniqualvolta variazioni delle condizioni fisiche del fluido rendano necessaria la ricalibratura.

E' conveniente per gli scopi applicativi che il calcolo dì tale coefficiente sia eseguito trascurando il contributo della costante dielettrica della fase gassosa che risulta in condizioni reali influenzare il calcolo meno del 6%.

La calibratura viene fatta rilevando le capacità Ci e C2della sonda lette alle pressioni Pi e P2, e considerando che OÌ=VOG/VLha valore costante in quanto VQGe VLrimangono costanti nell'intero sistema contenente il fluido preso in esame, e che il campione presente nella sonda è rappresentativo dell'intero sistema.

In pratica si procede nel modo seguente:

dapprima si esegue la misura della capacità Ci della sonda alla pressione Pidel fluido; quindi si effettua una rapida variazione della pressione del fluido por-tandola alla pressione P2, eseguendo contemporaneamen-te la misura della capacità C2. La variazione di pres-sione da Pia P2deve avvenire in modo sufficientemente rapido, tale da causare unicamente una compressione isotermica delle bolle di gas disperse nel liquido, evitando che lo stesso gas o parte di esso vada in soluzione nel liquido a causa della variazione dì pressione; ciò comporterebbe una riduzione del volume del gas disperso, alternando la lettura della capacità e conseguentemente la calibratura della sonda capacitiva.

Si può scrivere che:

10)

che risolta in funzione di KsrL/diventa:

Rilevati i due valori di capacità Cq alla pressione Pi, e C2alla pressione P2, in base alla "11" 1 'unità dì processo 27, mediante un idoneo algoritmo, è in grado di calcolare il valore srLK del coefficiente di proporzionalità dielettrica della sonda 16, e di memorizzarlo.

Essendo il coefficiente srLK dì valore costante e del tutto indipendente sia dalla pressione del fluido contenuto nella sonda, sia dai rapporti volumetrici delle due fasi liquida e gassosa, il rilevamento dì tale coefficiente tramite l'operazione di calibratura consente di misurare e controllare periodicamente o in modo continuativo la quantità di gas di nucleazìone disperso nel fluido specifico nelle normali condizioni operative, nonché di intervenire variando il flusso di gas in fase di dispersione, per raggiungere o ripristinare e mantenere i rapporti volumetrici tra gas e liquido, alle richieste condizioni di equilibrio.

Pertanto, una volta effettuata la calibratura della sonda capacitiva e calcolato il coefficiente di proporzionalità dielettrica per quella specifica sonda e per quello specifico liquido, eventualmente anche additìvato di cariche solide finemente disperse, dalla precedente relazione "8" si rende possibile in ogni momento calcolare e controllare, tramite la "9", G0% cioè la frazione volumetrica del gas disperso, sul volume totale del fluido (somma del liquido e del gas enucleato in condizione di pressione atmosferica), riferita alla pressione atmosferica; ciò può essere ottenuto rilevando la capacità C della sonda e la pressione assoluta del fluido nella sonda,

Il valore GQ% di controllo rilevato e calcolato dall'unità di processo 27, indicativo della percentuale di gas in frazione volumetrica rapportata alla pressione atmosferica, viene successivamente comparato come un valore di riferimento RS; pertanto, in funzio-ne dell'errore rilevato, l'unità di processo 27 coman-derà in apertura l'elettrovalvola 21 per consentire l'alimentazione e la dispersione nel fluido dì una quantità di gas di nucleazione tale da portare o riportare il sistema nelle condizioni operative desiderate ammesso che la pressurizzazione del contenitore del fluido sia. ad un valore sufficiente da consentire la dispersione di gas desiderata.

Naturalmente l'apparecchiatura consente di rilevare una o più volte la capacità della sonda 16 per uno stesso valore di pressione P, o anche variando la pressione, facendone poi una media in modo da rendere più preciso sia il calcolo del coefficiente εΓχ,Κ, che il valore della quantità di gas di nucleazione misurata.

Come precedentemente riferito, la calibrazione dello strumento di misura ed il calcolo della percen-tuale di gas disperso nel fluido possono essere fatti seguendo una procedura che trascura il contributo dell'effetto dielettrico del gas; infatti da calcoli e prove svolte si è constatato che nel calcolo della ca-pacità della sonda, il gas contribuisce percentualmen-te in quantità trascurabile o irrilevante.

Claims (16)

1. RIVENDICAZIONI 1. Metodo per la misura ed il controllo della quantità di gas di nucleazione disperso in un fluido multifase di almeno un componente per una miscela poliuretanica comprendente almeno una fase liquida ed una fase gassosa, in cui il fluido multifase, comprendente anche eventuali solidi finemente dispersi, costituisce il dielettrico di uno strumento di misura capacitivo, ed in cui la quantità di gas disperso nel fluido viene determinata mediante un'unità di processo programmata, in funzione di un valore dì capacità dello strumento di misura suddetto, caratterizzato dalie fasi di: rilevare mediante lo strumento dì misura,un primo valore di capacità (Ci), o grandezza elettrica, correlato, ad un primo valore di pressione (Pi) del fluido multifase; causare una rapida variazione di pressione del fluido nello strumento di misura, tale da non alterare i rapporti dì soluzione tra fase liquida e fase gassosa del fluido; rilevare mediante lo strumento di misura, un secondo valore di capacità (C2) o grandezza elettrica, correlato ad un secondo valore di pressione (P3⁄4) con-seguente a tale variazione di pressione del fluido multifase; calcolare, mediante detta unità di processo programmata, un coefficiente di proporzionalità dielettrica relativo alla fase lìquida(Κε), dello strumento di misura capacitivo, in funzione dei valori di pressione e di capacità rilevati; e rilevare successivamente, mediante detta unità di processo, la quantità di gas di nucleazione disperso nel fluido in funzione del coefficiente di proporzionalità dielettrico della fase liquida e del valore di capacità dello strumento di misura, alla pressione di lavoro del fluido multifase.
2. 2. Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di: rilevare successivamente, mediante detta unità di processo, la quantità di gas dì nucleazione disperso nel fluido sia in funzione del coefficiente di proporzionalità dielettrico della fase liquida, sia del valore di capacità dello strumento di misura, alla pressione di lavoro dei fluido multifase.
3. 3. Metodo secondo la rivendicazione 1 o 2, ca-ratterizzato dal fatto di: comparare il valore rilevato della quantità di gas di nucleazione disperso nel fluido multifase, rapportato alla pressione atmosferica, con un valore di riferimento; e controllare la quantità di gas di nucleazione alimentata nel fluido multifase, in funzione della differenza risultante tra detto valore rilevato e detto valore di riferimento,
4. 4. Metodo secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto di calcolare il coefficiente di proporzionalità dielettrico (erL) dello strumento di misura, relativamente al solo liquido, in base alla seguente formula:

   dove Ci e C2sono le capacità della sonda misurate alle pressioni Pi e P2.
5. 5. Apparecchiatura per la misura ed il controllo della quantità di gas di nucleazione disperso nella fase liquida dì un fluido multifase dì almeno un componente chimico per miscela poliuretanica, comprendente uno strumento dì misura capacitivo operativamente collegato ad una unità dì processo programmata, ed in cui il fluido multifase costituisce il dielettrico dello strumento di misura, caratterizzata dal fatto di comprendere: mezzi per far circolare il fluido multifase, ad un prefissato valore dì pressione, lungo un circui-to di misura comprendente detto strumento di misura capacitivo; mezzi per causare una rapida variazione della pressione del fluido nello strumento di misura capacitivo; mezzi per collegare detto circuito di misura ad una sorgente di gas di nucleazione; e dal fatto che l'unità di processo è programmata per rilevare una prima capacità (Ci) dello strumento di misura ad un primo valore di pressione (Pi), rispettivamente una seconda capacità (C2) dello strumento di misura ad un secondo valore di pressione (P2) conseguente a detta rapida variazione della pressione, per calcolare un coefficiente di proporzionalità dielettrico (Κε) dello strumento di misura in funzione delle capacità rilevate a detti primo e secondo valore di pressione allo scopo di calibrare lo strumento dì misura in funzione sia delle caratteristiche della fase liquida specifica presente, eventualmente anche con una carica finemente dispersa, sia della pressione; e per rilevare la quan-tità dì gas di nucleazione dispersa nel fluido ad una pressione di lavoro prefissata, in funzione del coefficiente di proporzionalità dielettrico della sola fase liquida e del valore di capacità dello strumento di misura rilevata a detta pressione di lavoro.
6. 6. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 5, caratterizzata dal fatto che l'unità di processo è programmata per rilevare la quantità di gas di nucleazione dispersa nella fluido, ad una pressione prefissata, in funzione del coefficiente di proporzionalità dielettrico della fase liquida e del valore di capacità dello strumento di misura rilevata a detta pressione di lavoro.
7. 7. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 5 o 6, caratterizzata dal fatto che detta unità di processo è programmata per comparare il valore della quantità di gas di nucleazione disperso nel fluido, con un valore di riferimento,e per azionare detti mezzi di collegamento del circuito di misura alla sorgente di gas in funzione della differenza risultante tra il valore della quantità di gas di nucleazione rilevato alla pressione di lavoro, e detto valore di riferimento.
8. 8. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 7, caratterizzata dal fatto che il circuito di misura è parte di un circuito di ricircolo del fluido multifase, collegato ad un serbatoio di stoccaggio.
9. 9. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 8, caratterizzata dal fatto che il circuito di ricircolo del fluido multifase comprende un dispositivo di dispersione del gas.
10. 10. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 9, caratterizzata dal fatto che il dispositivo di di-spersione del gas è costituito da un miscelatore statico collegato, mediante una valvola di controllo del flusso, alla sorgente di gas di nucleazione.
11. 11. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 9, caratterizzata dal fatto che il dispositivo di dispersione del gas è costituito da un miscelatore dinamico, collegato mediante una valvola di controllo del flusso, alla sorgente di gas di nucleazione.
12. 12. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 7, caratterizzata dal fatto che lo strumento dì misura capacitivo comprende un corpo tubolare di convogliamento del fluido, in serie al circuito di misura, ed una sonda che si estende coassialmente nel corpo tubolare dello strumento.
13. 13. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 5, caratterizzata dal fatto che i mezzi per causare una rapida variazione della pressione del fluido multifase, comprendono un organo regolabile di strozza-mento del flusso nella parte finale del circuito di misura.
14. 14. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 5, caratterizzata dal fatto che i mezzi per causare una rapida variazione della pressione del fluido multifase comprendono una pompa di circolazione e mezzi circuì tali per variare la velocità della pompa di circola zione .
15. 15. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 5, caratterizzata dal fatto che i mezzi per causare una rapida variazione della pressione del fluido multifase comprendono una valvola di arresto del fluido,, nel circuito di misura, a monte rispettivamente a valle dello strumento di misura capacitivo, ed una unità pistone/cilindro di compressione del fluido, derivata dal circuito di misura
16. 16. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 5, in cui il circuito del fluido multifase è collegato ad un serbatoio di stoccaggio in pressione, caratterizzata dal fatto che, la pressione del fluido nello strumento di misura viene variata variando la pressione nel serbatoio di stoccaggio