Misura portata nastro trasportatore: 7 metodi a confronto

La portata volumetrica su un nastro trasportatore è il volume di materiale sfuso che passa per un punto nell'unità di tempo (m³/h). Si calcola come sezione del materiale A per velocità del nastro v — Q = A × v — e si converte in portata massica (t/h) tramite la densità apparente.

Questa guida è la panoramica: sette principi di misura, che cosa misura davvero ciascuno, dove sono i suoi limiti e a quale compito si adatta. La distinzione più importante, subito: il dato serve per la fatturazione — tonnellate fatturate a un cliente o pagate a un fornitore — oppure per il controllo di processo, le verifiche di plausibilità e il monitoraggio dei nastri? Per la fatturazione decide la metrologia legale; per tutto il resto contano precisione, manutenzione e i dati aggiuntivi che un metodo fornisce.

Portata volumetrica o portata massica?

Due grandezze che si confondono spesso. La portata volumetrica Q indica quanto spazio occupa il materiale in un'ora: Q = A × v, con la sezione A del carico sul nastro in m² e la velocità del nastro v in m/s (per 3.600 per ottenere m³/h). La portata massica ṁ indica quante tonnellate passano in un'ora: ṁ = Q × ρ, con la densità apparente ρ in t/m³.

Un esempio: 250 m³/h di pietrisco calcareo con densità apparente di 1,5 t/m³ danno 375 t/h. I metodi volumetrici misurano Q e convertono in tonnellate tramite ρ; quelli gravimetrici misurano direttamente la massa, ma non restituiscono un volume. Che cosa serve dipende dal fatto che il processo ragioni in tonnellate (fatturazione, ricette) o in metri cubi (ingresso a cumulo, riempimento tramogge, volume di carico) — spesso in entrambi.

1. Bilancia a nastro (gravimetrica)

La bilancia a nastro pesa il materiale tramite una o più stazioni di rulli montate su celle di carico. Il carico per metro di nastro moltiplicato per la velocità dà la portata massica; integrato nel tempo, la quantità trasportata.

• Punti di forza: misura diretta della massa, omologabile per uso commerciale. La raccomandazione internazionale OIML R 50 definisce per gli strumenti per pesare a funzionamento automatico totalizzatori continui le classi di precisione 0,2 / 0,5 / 1 / 2; nell'UE questi strumenti rientrano nella direttiva MID. Per la pesatura ai fini della fatturazione una bilancia a nastro verificata è quindi di norma l'unica soluzione ammessa. Tarata, raggiunge lo 0,5–1 % di precisione sulla massa.
• Limiti: tra due tarature, nella pratica, deriva del 2–3 % — per tensione del nastro, incrostazioni sul telaio di pesatura, usura e allineamento dei rulli. L'installazione è un intervento sulla linea del nastro, le tarature costano fermi impianto. Perché succede e come riconoscere presto la deriva: Deriva della bilancia a nastro: perché le tonnellate non tornano.
• Adatta quando: le tonnellate vengono fatturate o devono essere consegnate secondo la metrologia legale.

2. Laser / LiDAR – misura della sezione (volumetrica)

Un sensore LiDAR 2D sopra il nastro scansiona la sezione del materiale linea per linea. Il sistema sottrae il profilo del nastro vuoto, ottiene l'area della sezione A e la moltiplica per la velocità del nastro — Q = A × v, applicata direttamente.

• Punti di forza: senza contatto, senza parti in movimento, installabile in retrofit senza toccare la linea del nastro. Oltre alla portata fornisce il profilo di carico: carico decentrato, fuoriuscite dal bordo, occupazione del nastro. L'analisi multi-eco separa la polvere in sospensione dal profilo del materiale. OWL EYE® VOLUME FLOW raggiunge una precisione di ±1 % sul volume; le tonnellate sono buone quanto la densità apparente tarata.
• Limiti: non omologabile per uso commerciale — per la fatturazione resta la bilancia a nastro. Il sensore ha bisogno di vista libera sul materiale; il dato in massa dipende da una densità apparente stabile.
• Adatta quando: controllo di processo, verifica di plausibilità di una bilancia, retrofit senza rifare il nastro o molti nastri nello stesso sito.

3. Radar / microonde

I sensori a microonde e radar sopra il nastro danno un segnale puntuale: se il materiale scorre e, con la misura di distanza, l'altezza dello strato in un punto.

• Punti di forza: molto robusti contro polvere, vapore e incrostazioni; montaggio semplice.
• Limiti: nessun profilo della sezione. Un valore puntuale non dice nulla su come il materiale si distribuisce sulla larghezza del nastro — manca l'area necessaria per una portata affidabile.
• Adatta quando: controllo presenza flusso, arresti di sicurezza, polvere estrema.

4. Ultrasuoni

Un sensore a ultrasuoni misura la distanza dalla superficie del materiale dal tempo di volo dell'eco — un'altezza in un punto.

• Punti di forza: economico e semplice.
• Limiti: la velocità del suono dipende dalla temperatura dell'aria, la polvere smorza l'eco, superfici grossolane o sciolte lo disperdono. Da una sola altezza la sezione si può solo stimare ipotizzando la forma del carico.
• Adatta quando: basta un segnale di tendenza — per esempio grado di carico o riconoscimento del nastro vuoto.

5. Telecamera / stereo 3D

I sistemi a telecamera analizzano le immagini della superficie del nastro; le telecamere stereo possono anche calcolarne una mappa delle altezze.

• Punti di forza: informazioni visive che nessun altro metodo fornisce: flusso di materiale, corpi estranei, struttura della superficie.
• Limiti: dipendono da illuminazione, contrasto e polvere. Materiale di colore uniforme senza texture e luce variabile all'aperto rendono difficile una ricostruzione 3D stabile; le ottiche si sporcano.
• Adatta quando: contano più il riconoscimento del flusso e la sorveglianza visiva che un bilancio quantitativo affidabile.

6. Radiometrico

Una sorgente radioattiva attraversa nastro e materiale; un rivelatore misura l'attenuazione della radiazione. Più materiale c'è nel fascio, più forte è l'attenuazione — da qui si calcola il carico del nastro.

• Punti di forza: senza contatto, indipendente da tensione del nastro e stato dei rulli, utilizzabile anche con materiale caldo o appiccicoso.
• Limiti: gestione di sorgenti radioattive: autorizzazioni, radioprotezione, schermature, controlli periodici e, alla fine, i costi di smaltimento della sorgente.
• Adatta quando: le bilance meccaniche arrivano al limite e il sito ha già un'organizzazione di radioprotezione.

7. Piastra d'urto e Coriolis (caduta libera)

Questi metodi non misurano sul nastro, ma nei punti di trasferimento e nelle tramogge di scarico, dove il materiale cade liberamente. La piastra d'urto misura la forza del flusso che la colpisce, il misuratore Coriolis la coppia su una ruota a palette attraversata dal materiale.

• Punti di forza: compatti, installazione chiusa, adatti a materiali fini e scorrevoli e a compiti di dosaggio.
• Limiti: richiedono un tratto di caduta libera; poco adatti a materiale grossolano, appiccicoso o molto variabile.
• Adatta quando: polveri, granulati e dosaggio — non per misurare sul nastro in movimento.

Che cosa determina la precisione

Qualunque sia il principio, sono sempre gli stessi fattori a decidere se il valore della scheda tecnica regge in impianto:

• Velocità del nastro: entra in Q = A × v con lo stesso peso della sezione. Un encoder su un tamburo non motorizzato o su un rullo misura la velocità reale del nastro; il segnale di velocità dell'azionamento contiene lo slittamento tra tamburo e nastro.
• Freccia del nastro e profilo a vuoto: tra le stazioni di rulli il nastro si inflette sotto carico, e il nastro vuoto non è mai perfettamente piano. I metodi volumetrici hanno bisogno di un profilo a vuoto pulito e controllato regolarmente come riferimento di zero; un piano di misura sopra una stazione di rulli si trova dove il nastro è guidato in modo definito.
• Densità apparente: umidità, granulometria e compattazione cambiano la densità — e con essa le tonnellate a parità di volume. I materiali variabili richiedono profili materiale dedicati.
• Taratura rispetto a una pesata di riferimento: bilancia a nastro o LiDAR — il dato in massa si tara rispetto a un riferimento indipendente, come una pesa a ponte o una pesata di prova.
• Montaggio e polvere: un telaio di misura rigido e privo di vibrazioni, vista libera sul materiale e un punto di misura a valle della zona di carico, dove il materiale si è assestato.

Linee guida: VDI 4436, OIML R 50, MID

La linea guida tedesca VDI 4436 sulla misura delle portate massiche e volumetriche dei materiali sfusi (2007) è la panoramica di riferimento: descrive i principi di misura, la loro idoneità per diversi trasportatori e settori e le precisioni ottenibili. È un orientamento per progettisti e gestori, non una norma di metrologia legale.

Le bilance a nastro per uso commerciale seguono altre regole: OIML R 50 è la raccomandazione internazionale per gli strumenti per pesare totalizzatori continui (bilance a nastro) con le relative classi di precisione, e la direttiva europea MID disciplina l'immissione sul mercato UE di questi strumenti. I sistemi volumetrici non vi rientrano — non misurano un peso.

Quando il LiDAR sostituisce la bilancia a nastro – e quando no

• Tenere la bilancia a nastro quando le tonnellate vengono fatturate o consegnate secondo la metrologia legale. Serve una bilancia verificata e con approvazione di tipo — la misura volumetrica la integra, non la sostituisce.
• Usare il LiDAR per controllo di processo, verifiche di plausibilità, retrofit senza rifare il nastro e ovunque si debbano monitorare molti nastri. Materiale abrasivo, bagnato o caldo che intasa i telai di pesatura è un argomento in più per un metodo senza contatto.
• Entrambi in parallelo è in molti impianti la soluzione migliore: la bilancia a nastro fornisce le tonnellate omologate, il LiDAR misura in modo indipendente, scopre presto la deriva e fornisce il profilo di carico.

Il confronto punto per punto è nella pagina bilancia a nastro e misura volumetrica; la versione breve dalla pratica nell'articolo LiDAR vs. bilancia a nastro.

Guida alla scelta

Metodo	misura	precisione tipica	omologabile	usura	punto di forza
Bilancia a nastro	massa (carico × velocità)	0,5–1 % tarata	sì (OIML R 50, MID)	telaio di pesatura, rulli, tensione del nastro	fatturazione
LiDAR	sezione × velocità	±1 % sul volume (OWL EYE®)	no	senza contatto	profilo di carico, retrofit
Radar / microonde	segnale puntuale, altezza	tendenza	no	senza contatto	resistenza alla polvere
Ultrasuoni	altezza in un punto	tendenza	no	senza contatto	prezzo basso
Telecamera / stereo 3D	immagine, superficie	molto dipendente da luce e polvere	no	senza contatto, pulizia delle ottiche	informazione visiva
Radiometrico	massa dall'attenuazione della radiazione	dipende da taratura e materiale	di norma no	senza contatto	indipendente dalla meccanica
Piastra d'urto / Coriolis	massa in caduta libera	dipende dal prodotto	di norma no	usura di piastra o ruota a palette	materiali fini, dosaggio

Conclusione

Non esiste un metodo migliore in assoluto per la misura della portata su nastro trasportatore — esiste quello giusto per ogni compito. Per la fatturazione non c'è alternativa alla bilancia a nastro verificata. Per controllo di processo, verifiche di plausibilità e monitoraggio dei nastri, la misura della sezione con LiDAR è il metodo che fornisce volume, portata massica e profilo di carico in un unico dispositivo senza contatto. Che cosa rivela il profilo di carico sul vostro nastro: monitoraggio del carico sul nastro trasportatore — carico decentrato e fuoriuscite e la diagnostica dei nastri trasportatori con LiDAR 3D. Se volete misurare la giacenza anziché il flusso: calcolo del volume dei cumuli — 6 metodi a confronto. E se non siete sicuri di quale metodo si adatti al vostro nastro: parlate con il nostro team tecnico — con larghezza del nastro, velocità e materiale la risposta arriva di solito in fretta.