Cos’è la portata? La portata si definisce come la quantità di fluido che attraversa una determinata sezione di un condotto in un dato intervallo di tempo. Le unità di misura della portata sono i litri al secondo (L/s), i metri cubi al secondo (m³/s) o altre unità equivalenti a seconda del fluido misurato e dell’applicazione.
Storia della misura di portata
La misurazione della portata ha origini antiche ed è strettamente legata alla gestione delle risorse idriche nelle prime civiltà, come quelle mesopotamiche ed egizie. Inizialmente, il controllo del flusso d’acqua avveniva con metodi empirici, basati sull’osservazione del livello nei canali e sull’uso di sezioni calibrate nelle opere idrauliche. In epoca romana, gli acquedotti furono progettati per mantenere una portata costante, ma la misurazione rimaneva approssimativa, basata principalmente sul volume trasportato piuttosto che su un’analisi dettagliata della velocità dell’acqua.
Nel Rinascimento, Leonardo da Vinci studiò il moto dei fluidi, osservando fenomeni come i vortici e il deflusso dell’acqua, ma senza sviluppare un metodo sistematico per misurare la portata. Un passo avanti significativo si ebbe nel Seicento grazie a Benedetto Castelli, allievo di Galileo Galilei, che nel suo trattato Della misura dell’acque correnti (1628) introdusse un approccio più rigoroso. Castelli comprese che la portata di un fluido non dipende solo dalla sezione del condotto, ma anche dalla velocità del flusso, formalizzando il concetto di portata come il prodotto tra area della sezione e velocità dell’acqua. Questa intuizione segnò un punto di svolta nella scienza idraulica.
Nei secoli successivi, studiosi come Evangelista Torricelli e Daniel Bernoulli approfondirono la dinamica dei fluidi, sviluppando modelli matematici fondamentali. Nel XIX secolo, furono introdotti strumenti come il tubo di Venturi e il metodo Darcy-Weisbach per calcolare le perdite di carico. Con il progresso tecnologico del XX secolo, la misurazione della portata divenne sempre più precisa grazie a misuratori elettromagnetici e ultrasonori, applicabili non solo all’acqua ma anche ad altri fluidi, come gas e oli industriali. Oggi, il calcolo della portata è essenziale in molti settori, dall’ingegneria idraulica all’industria chimica, e si avvale di strumenti altamente sofisticati per garantire risultati accurati e affidabili.
Come si calcola la portata?
Per il calcolo della portata di un tubo è necessario conoscere la velocità del fluido e la sezione attraverso cui fluisce. Con fluido si intende non solo i materiali propriamente liquidi ma anche i materiali gassosi e i solidi di tipo plastico, che hanno la capacità di muoversi lungo un percorso (ad esempio un tubo) allo stesso modo di un liquido.
La formula generale per calcolare la portata è la seguente:
Portata (Q) = Area della sezione trasversale (A) × Velocità del flusso (V)
Si possono utilizzare formule specifiche in base al tipo di flusso considerato: nel caso di un fluido in un condotto chiuso, ad esempio, si utilizza la formula di Poiseuille, mentre nel caso di un fluido in un condotto aperto si usa la formula di Torricelli.
Portata istantanea e portata media
La portata istantanea rappresenta il flusso di un fluido in un preciso istante di tempo. La sua misurazione è utile per analizzare variazioni rapide o fluttuazioni nel sistema. I principali sistemi usati per rilevare la portata istantanea dei fluidi nelle tubazioni sono:
- tubo di Venturi o diaframma calibrato;
- tubo di Pitot;
- dispositivi ad area variabile o rotametri;
- dispositivi ad induzione elettromagnetica.
Spesso è necessario conoscere oltre ai valori della portata istantanea la quantità media di fluido passata in un determinato intervallo di tempo: si parla di portata media.
Questo valore è utile per monitorare nel tempo il funzionamento di un sistema e per verificare che la portata complessiva soddisfi le esigenze operative.
Se in un impianto è necessario sapere solo la quantità di fluido trasferito in un determinato periodo (ad esempio, da un serbatoio a un altro) e non le portate istantanee, si possono utilizzare strumenti di misura chiamati “contatori”. I modelli più usati sono:
- contatori a mulinello
- contatori a ruote ovali (o analoghi).
Portata volumetrica
Il volumetric flow rate rappresenta il volume di fluido che attraversa una determinata sezione di un condotto in un intervallo di tempo. La formula da usare per il calcolo è quindi: Qv = V / t
dove Qv è la portata volumetrica, V il volume di fluido e t il tempo in cui attraversa la sezione. Nel Sistema Internazionale, l’unità di misura della portata volumetrica è espressa in metri cubi al secondo (m³/s).
La variabile V può essere determinata conoscendo la sezione trasversale del condotto (A) e la distanza percorsa dal fluido al suo interno (d), con la seguente relazione: V = A x d
Se il fluido si muove a velocità costante (v), possiamo semplificare ulteriormente. Poiché lo spostamento del fluido (d) può essere espresso come il prodotto della velocità (v) e del tempo (t). In questo modo si ottiene: Qv = A x v x t / t = A x v
Formula della portata in funzione della pressione
La portata può essere calcolata anche in funzione della pressione.
La pressione del fluido è la forza che esso esercita sulle pareti del tubo e sui componenti dell’impianto e viene comunemente misurata in bar o kPa. Maggiore è la pressione, maggiore sarà la portata, a parità di altre condizioni.
Il calcolo della portata in funzione della pressione consiste nel determinare la quantità di fluido che scorre in una condotta in base alla differenza di pressione tra l’ingresso e l’uscita. La formula generale per il calcolo della portata è Q = Kv x VAP, dove Q è la portata, Kv è il coefficiente di flusso e AP è la caduta di pressione.
L’importanza della misura di portata
Il calcolo della portata è un’operazione fondamentale in molti settori industriali come l’industria chimica, l’industria del petrolio e del gas, l’industria alimentare, il settore idrico. Gli strumenti industriali di misura della portata proposti da ISOIL Industria sono essenziali per eseguire misurazioni acurate della portata. Che si tratti di aria in un impianto di ventilazione o di acqua in un sistema idraulico, conoscere la portata dei fluidi consente di dimensionare correttamente impianti e apparecchiature (tubazioni, pompe, ventilatori e condizionatori…) e di gestire correttacmente i flussi per migliorare l’efficienza e la sicurezza dei processi.
Negli impianti di distribuzione dell’acqua potabile come nel trattamento delle acque reflue, ad esempio, la corretta determinazione della portata garantisce che le reti e gli impianti siano dimensionati correttamente, evitando sovraccarichi o sprechi di risorse. Anche nell’industria chimica e nell’industria alimentare il controllo della portata dei fluidi è fondamentale per garantire una produzione sicura e di qualità.
Scelta del misuratore di portata: perché rivolgersi a ISOIL Industria
La scelta dello strumento di misura della portata deve tenere conto delle diverse variabili fra le quali, a titolo di esempio, dimensioni e materiale del tubo, tipo di fluido e presenza di particelle al suo interno, necessità di monitorare il processo in continuo, portata, pressione e temperatura di processo nominale, minima e massima.
ISOIL Industria vi supporta durante tutto il processo di selezione e definizione fornendovi la migliore soluzione grazie alla nostra pluriennale esperienza e un’ampia e completa gamma di strumenti di misura della portata, quali misuratori di portata elettromagnetici, volumetrici PD meter, a turbina, massici ponderali Coriolis, Vortex progettati per misurare la portata di tutti i liquidi e gas di qualsiasi tipo con applicazioni per temperatura, pressione e viscosità e disponibili con un ampio portfolio di accessori.
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