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

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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.

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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.

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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.

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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.

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5. Cosa specificare in fase di approvvigionamento

1. 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.
2. Le famiglie di strumenti da calibrare, con le relative dimensioni — questo stabilisce le dimensioni della sezione attraverso i limiti di bloccaggio.
3. Il range di velocità e la stabilità richiesta , incluso il tempo di stabilizzazione per ogni punto.
4. Il budget di incertezza target , scomposto per contributo.
5. Produttività (throughput) , che guida l'automazione, il design del montaggio e la percentuale del processo che rimane manuale.
6. Il piano di round robin , perché la comparabilità con istituti omologhi è ciò che dà valore all'emissione dei vostri certificati.

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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.

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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:

Miglioramento della qualità del flusso aerodinamico nelle gallerie del vento esistenti

e

Gallerie del vento orizzontali, verticali e inclinate

.

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.

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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.