La radiometria nell’industria: quando la tecnologia di misura convenzionale si scontra con i propri limiti

La radiometria è un metodo di misura fisico che sfrutta le proprietà fisiche dei raggi gamma nell’attraversamento della materia. A seconda della densità e dello spessore del prodotto irradiato, le radiazioni vengono attenuata in modo diverso. L’attenuazione può essere misurata con precisione e convertita in dati di processo significativi.
Un vantaggio decisivo: la misura si effettua dall’esterno. I sensori non entrano in contatto con il prodotto ed effettuano la misura senza contatto attraverso la parete di tubazioni o serbatoi. Pertanto, la tecnologia di misura radiometrica è particolarmente idonea all’impiego in applicazioni complesse e critiche sotto il profilo della sicurezza.

Un sistema di misura radiometrica comprende tre componenti:

• Sorgente di radiazioni
  Si impiegano isotopi sigillati a lunga durata, come il cesio-137 o il cobalto-60, che emettono costantemente radiazioni gamma ad alta energia. La scelta dell’isotopo dipende dall’applicazione: mentre il cesio-137 è idoneo alla misura di livello e densità, il cobalto-60, per via della sua energia più elevata, viene impiegato piuttosto in serbatoi con pareti spesse o in tubazioni di grandi dimensioni. 

• Contenitore di protezione
  Il contenitore di protezione VEGASOURCE scherma in modo affidabile la sorgente in tutte le direzioni, consentendo alle radiazioni di fuoriuscire solo lungo il percorso del fascio definito.

• Rilevatore
  Il rilevatore è l’elemento centrale della misura radiometrica, poiché i raggi gamma emessi dalla sorgente attraversano il prodotto del processo e raggiungono un rilevatore. VEGA impiega il principio del rilevamento per scintillazione in cui un cosiddetto scintillatore, generalmente un materiale plastico organico (PVT o PS) o un cristallo come l’ioduro di sodio (NaI), converte le particelle gamma che lo colpiscono in lampi di luce (scintillazioni). Questi segnali luminosi vengono rilevati da un fotomoltiplicatore (PMT) che li amplifica e li trasforma in impulsi elettrici che vengono contati. Quante più radiazioni raggiungono il rilevatore, tanto maggiore è il numero di impulsi generati.

Al contrario, quanto più denso o spesso è il materiale attraversato, tanto maggiore è l’attenuazione delle radiazioni e tanto minore è la frequenza di conteggio misurata sul rilevatore. Da questa relazione inversa è possibile determinare con precisione grandezze di misura come livello, densità, soglia di livello, interfacce o portata. L’elettronica di elaborazione integrata dei sensori VEGA converte gli impulsi rilevati in un valore di misura. Grazie alla robustezza e all’elevata sensibilità, i rilevatori di scintillazione di VEGA si impongono come standard per applicazioni complesse. Sono disponibili in diverse lunghezze e forme costruttive per l’impiego in aree Ex, nonché per geometrie articolate e grandi campi di misura.

La misura radiometrica si annovera tra i metodi più affidabili della tecnologia di misura dei processi industriali. I principali vantaggi in sintesi:

Senza contatto, esente da usura e con ridotto fabbisogno di manutenzione
Dato che nessun componente elettrico entra in contatto con il prodotto del processo, non si verifica usura meccanica. Guarnizioni, parti mobili o fenomeni di affaticamento del materiale dovuti a sollecitazioni chimiche o termiche sono completamente assenti. La manutenzione dei sensori risulta notevolmente semplificata, poiché nel corso del funzionamento non sono necessarie né pulizia né ricalibrazione regolare.

I rilevatori radiometrici effettuano la misura attraverso serbatoi massicci con pareti spesse in modo sicuro e senza contatto, indipendentemente da temperature e pressioni di processo elevate.

Sia in presenza di temperature estreme, oscillazioni di pressione, vapore, condensa o adesioni, i sensori radiometrici forniscono valori di misura stabili e riproducibili, indipendentemente dalle condizioni ambientali, poiché nell’ambito del processo non si verificano riflessioni del segnale o disturbi del campo di misura.

Elevata sicurezza di processo anche con prodotti aggressivi e tossici
Soprattutto in caso di prodotti altamente aggressivi, abrasivi o tossici, la misura senza contatto, attraverso la parete di tubi o serbatoi e indipendente dal prodotto, aumenta sensibilmente la sicurezza di operatori e impianti. La tecnologia di misura radiometrica fornisce valori di misura affidabili anche con acidi, solventi o fanghi fortemente alcalini.

Semplicità d’installazione e integrazione flessibile in impianti esistenti
I sistemi radiometrici possono essere integrati in impianti esistenti senza modifiche e nella maggior parte dei casi senza interruzioni dei processi. Il rilevatore e il contenitore di protezione vengono montati dall’esterno sul tubo o sul serbatoio. L’integrazione in sistemi pilota esistenti avviene tramite interfacce analogiche o digitali. A tal fine, VEGA offre un’ampia gamma di accessori per il montaggio per qualsiasi diametro di tubo o serbatoio, nonché supporto dettagliato alla progettazione e assistenza per le autorizzazioni.

La tecnologia di misura radiometrica trova applicazione nei casi in cui i metodi di misura convenzionali si scontrano con i propri limiti fisici, chimici o meccanici. Nelle seguenti applicazioni tipiche risulta evidente per quale ragione in molti settori una misura radiometrica è irrinunciabile: per garantire la sicurezza del lavoro, la continuità dei processi o la qualità. Mentre la radiometria aggira le limitazioni della tecnologia di misura convenzionale grazie a un principio fisicamente indipendente che agisce dall’esterno, i sensori capacitivi, idrostatici e ottici necessitano di contatto con il prodotto o risentono di adesioni, formazione di schiuma o sostanze chimiche aggressive. In caso di formazione di vapore, oscillazioni della pressione o prodotti altamente assorbenti, il radar e gli ultrasuoni rivelano i propri limiti.

Rilevamento di soglia di livello
In silos contenenti materiali molto polverosi e appiccicosi, sensori radiometrici per il rilevamento di soglia di livello rilevano in maniera affidabile il raggiungimento di livelli di riempimento critici, ad esempio per la sicurezza di sovrappieno o il segnale di avvio-arresto automatico nei processi di convogliamento.

Misura di livello
In grandi serbatoio in pressione o termoisolati, ad esempio nel settore petrolchimico o nelle centrali elettriche, la misura di livello radiometrica è spesso l’unica soluzione praticabile. Si basa sull’impiego di rilevatori che forniscono dati di misura precisi sull’intera altezza del serbatoio, senza interruzioni del processo o apertura del serbatoio.

Misura di densità
La misura radiometrica di densità consente il monitoraggio ininterrotto di liquidi o sospensioni direttamente nelle tubazioni. Tra le applicazioni tipiche rientrano la determinazione della concentrazione, il rilevamento delle fasi o il controllo qualità. Sulla base di parametri fisici, la misura di densitàconsente un controllo mirato del processo in reattori o serbatoi di miscelazione.

Misura del profilo di densità e rilevamento di interfaccia
L’installazione di più rilevatori lungo un serbatoio consente di ottenere un profilo di densità. Questo risulta vantaggioso soprattutto in caso di prodotti multifase, poiché permette di individuare in maniera affidabile interfacce tra petrolio e acqua o processi di sedimentazione in bacini di chiarificazione o in colonne di separazione.

Misura di flusso di massa
Sui nastri trasportatori e nei trasportatori a coclea, la tecnologia di misura radiometrica consente una misura del flusso di massa senza contatto, ideale per materiali abrasivi o ad elevata temperatura come minerale metallifero, cemento, carbone o materiali riciclati. Mentre i classici sistemi di pesatura sui nastri trasportatori sono soggetti a guasti e richiedono un’intensa manutenzione, la soluzione radiometrica funziona indipendentemente dalla velocità del nastro, dal profilo di carico e da influssi ambientali.

I metodi di misura convenzionali sono efficienti ed economici in molte applicazioni. Tuttavia, in presenza di condizioni di processo estreme, rivelano i propri limiti. La radiometria non sostituisce i metodi tradizionali, ma rappresenta un’integrazione altamente specializzata nell’ambito della tecnologia di misura industriale.

Consente misure in punti "impossibili da misurare" e contribuisce in modo determinante alla stabilità del processo, alla disponibilità degli impianti e alla sicurezza sul lavoro, sia che si tratti di livello, densità, soglia di livello, interfaccia o portata.

Il funzionamento senza contatto, l’indipendenza da condizioni ambientali estreme e l’elevata precisione di misura la rendono una componente imprescindibile della moderna tecnologia di misura industriale e per i gestori di impianti industriali complessi.

Per chi ha a che fare con temperature estreme, prodotti aggressivi o configurazioni di installazione complesse, la tecnologia di misura radiometrica rappresenta una soluzione robusta, sicura ed economica nel lungo termine.