Gallerie del vento per calibrazione anemometri: ISO 17025 e MEASNET

La maggior parte delle gallerie del vento sono strutture di prova: il modello è il soggetto e la galleria è l'ambiente. Una galleria di calibrazione inverte questa relazione. In questo caso la galleria è lo strumento, e l'oggetto nel flusso è l'elemento che viene valutato rispetto ad essa.

Questa inversione cambia completamente il modo in cui la struttura viene specificata. Nessuno richiede a una galleria di calibrazione velocità impressionanti o una sezione di prova di grandi dimensioni. Si richiede invece una velocità del vento di riferimento che possa essere difesa, con un budget di incertezza, davanti a un ente di accreditamento.

1. Cosa richiedono effettivamente gli standard

Per il settore dell'energia eolica — il principale motore della domanda di calibrazione degli anemometri — i documenti operativi sono la norma IEC 61400-12-1 e la MEASNET Anemometer Calibration Procedure . L'attuale Versione 3 (dicembre 2020) applica l'Allegato F della norma IEC 61400-12-1, Edizione 2 (2017); le versioni precedenti della procedura facevano riferimento all'edizione del 2005, pertanto vale la pena confermare a quale revisione un determinato laboratorio o cliente faccia effettivamente riferimento prima di dichiararne la conformità.

Due requisiti di qualità del flusso sono al centro di tutto ciò:

Intensità di turbolenza assiale inferiore al 2% nella posizione dell'anemometro.
Uniformità di flusso dello 0,2% sull'area coperta dall'anemometro.

Oltre a questi, ci si aspetta che il laboratorio stesso operi con l'accreditamento ISO/IEC 17025 per i misurandi pertinenti, con un accreditamento nazionale (ad esempio DAkkS in Germania) e l'appartenenza a MEASNET come percorso per ottenere calibrazioni riconosciute. La comparabilità viene verificata tramite esercizi di round robin (prove interlaboratorio) tra gli istituti, dove è richiesto un valore medio di conformità pari o inferiore all'1%.

Si noti la natura di questi numeri: sono rigorosi, ma non sono i valori di turbolenza inferiori allo 0,1% citati per la ricerca aerodinamica a bassa turbolenza. Una galleria di calibrazione è ottimizzata per la stabilità e la tracciabilità, non per la minima turbolenza ottenibile.

2. Perché questi numeri sono più difficili di quanto sembrino

Lo strumento blocca il proprio riferimento. Un anemometro a coppe in una sezione di prova piccola non è un'ostruzione trascurabile. Le dimensioni della sezione devono essere scelte in modo che il bloccaggio rimanga entro i limiti della procedura per gli strumenti che si intende calibrare — motivo per cui l'approccio "useremo semplicemente una galleria piccola" fallisce alla prima revisione di accreditamento.

La velocità di riferimento deve essere tracciabile. La velocità viene derivata, non osservata: dalla pressione differenziale, dalla densità dell'aria e quindi da una strumentazione calibrata per pressione, temperatura e umidità, ciascuna con la propria catena di tracciabilità e il proprio contributo al budget di incertezza.

La stabilità conta più del range. I punti di calibrazione si collocano tipicamente in una fascia di velocità modesta, e ogni punto deve rimanere stabile abbastanza a lungo per consentire il calcolo della media. Un controllo della velocità preciso e ripetibile ai bassi regimi è un problema ingegneristico più complesso rispetto al raggiungimento di un'elevata velocità massima.

L'uniformità viene misurata, non presunta. Il valore dello 0,2% si applica all'intera area occupata dall'anemometro, il che significa che la sezione deve essere mappata e tale mappatura deve essere mantenuta nel tempo.

L'edificio fa parte dell'incertezza. La stabilità della temperatura del laboratorio, la misurazione barometrica e persino il movimento del personale influenzano i risultati a questo livello.

3. Conseguenze progettuali

Una galleria di calibrazione è una macchina di piccole dimensioni costruita con tolleranze di livello strumentale:

Elevato rapporto di contrazione con nido d'ape (raddrizzatore di flusso) e reti di condizionamento multiple, dimensionati per fornire l'intensità di turbolenza e l'uniformità di flusso richieste sul piano di misurazione.
Sezione di prova dimensionata per la conformità al bloccaggio in base alla famiglia di strumenti, non per il sensore più grande immaginabile.
Un montaggio definito e ripetibile per il dispositivo in prova, con geometria fissa rispetto alla sonda di riferimento.
Strumentazione di riferimento integrata nel progetto — pressione, temperatura, umidità — con intervalli di calibrazione e tracciabilità pianificati fin dall'inizio.
Azionamento e sistema di controllo ottimizzati per la stabilità a bassa velocità, inclusa la rapidità con cui la galleria si stabilizza dopo una modifica del set point.
Controllo ambientale della stanza , non solo del flusso.
Automazione e gestione dei dati in grado di produrre un certificato con una dichiarazione di incertezza, poiché la produttività determina se il laboratorio è un'azienda o un hobby.

4. Il business case

I volumi di ricerca per questo argomento sono ridotti; l'intento di acquisto è quasi assoluto. Gli sviluppatori di parchi eolici, gli istituti di misurazione indipendenti e gli OEM di turbine necessitano di anemometria calibrata, la ricalibrazione è periodica piuttosto che una tantum, e l'accreditamento crea una posizione difendibile: un laboratorio accreditato in una regione che ne è sprovvista cattura il lavoro che attualmente viene inviato all'estero.

La stessa struttura di solito serve una gamma di sensori più ampia rispetto ai soli anemometri a coppe — anemometri a ultrasuoni, tubi di Pitot, sensori di flusso, strumentazione HVAC e di processo — a condizione che la sezione, il concetto di montaggio e il budget di incertezza siano stati progettati tenendo conto di ciò.

5. Cosa specificare in fase di approvvigionamento

L'accreditamento che si intende ottenere e le procedure che si devono soddisfare. Questo determina l'intera specifica e non può essere aggiunto in un secondo momento.
Le famiglie di strumenti da calibrare, con le relative dimensioni — questo stabilisce le dimensioni della sezione attraverso i limiti di bloccaggio.
Il range di velocità e la stabilità richiesta , incluso il tempo di stabilizzazione per ogni punto.
Il budget di incertezza target , scomposto per contributo.
Produttività (throughput) , che guida l'automazione, il design del montaggio e la percentuale del processo che rimane manuale.
Il piano di round robin , perché la comparabilità con istituti paritari è ciò che dà valore all'emissione dei vostri certificati.

6. Errori comuni

Acquistare una galleria generica sperando di accreditarla. La qualità del flusso in un singolo punto è ottenibile; l'uniformità documentata sull'intera area dello strumento, con tracciabilità, è invece una decisione progettuale.
Trattare l'incertezza come un'attività di post-elaborazione. Si tratta di un requisito architetturale.
Sottodimensionare la sezione di prova. I limiti di bloccaggio non perdonano, e ingrandire una sezione già finita non è una modifica, significa costruire una nuova galleria del vento.
Ignorare l'ambiente del laboratorio. Un flusso eccellente in una stanza instabile produce risultati instabili.
Pianificare solo per anemometri a coppe. Il mix di sensori cambia; la galleria no.

7. Specificare con sicurezza

Una galleria di calibrazione è una macchina piccola, precisa e noiosa che genera profitti per decenni — a condizione che le sue specifiche partano dall'accreditamento e procedano a ritroso.

Progettiamo e costruiamo gallerie di calibrazione e a bassa turbolenza seguendo esattamente questa logica: prima l'incertezza richiesta, poi la qualità del flusso, quindi la geometria, infine l'azionamento. Letture correlate:

improving flow quality

e il nostro

comparison of wind tunnel types

Diteci quale accreditamento e quali strumenti e vi forniremo un concetto di sezione, un target di qualità del flusso e una struttura di incertezza su cui lavorare.

Fonti e note

MEASNET Anemometer Calibration Procedure, Versione 3 (dicembre 2020), la quale stabilisce che si applica l'Allegato F della norma IEC 61400-12-1 Edizione 2 (2017), con versioni precedenti della procedura (V1 1997, V2 2009) legate all'edizione del 2005: MEASNET Anemometer Calibration Procedure.
L'intensità di turbolenza assiale inferiore al 2% nella posizione dell'anemometro e l'uniformità di flusso dello 0,2% sull'area coperta dall'anemometro riflettono i valori utilizzati nella pratica di calibrazione per l'energia eolica; l'attuale procedura MEASNET rimanda il lettore al testo della norma IEC 61400-12-1 Edizione 2:2017 per le clausole esatte, che è un documento a pagamento non riprodotto in questa sede. Confermate gli attuali limiti numerici rispetto al testo di tale norma prima di inserirli in una specifica.
Accreditamento ISO/IEC 17025 e appartenenza a MEASNET come base per calibrazioni riconosciute: Ammonit wind tunnel, DIN EN ISO/IEC 17025 and MEASNET, IDR-UPM anemometer calibration laboratory.
Le linee guida di progettazione (dimensionamento della sezione per il bloccaggio, strumentazione di riferimento, stabilità a bassa velocità, automazione) rappresentano la pratica ingegneristica di TunnelTech.

Gallerie del vento di calibrazione: soddisfare i requisiti ISO/IEC 17025, IEC 61400-12-1 e MEASNET