Como escolher um medidor de vazão para a medição do fluxo de hidrogênio

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O hidrogênio é um gás industrial muito valioso e amplamente utilizado, que desempenha um papel importante. O hidrogênio tem aplicações muito importantes na indústria petroquímica, no processamento de alimentos e grãos, na indústria de semicondutores e eletrônicos, na fabricação de células a combustível, na indústria farmacêutica e química, bem como na geração de energia elétrica. Como o valor do hidrogênio é muito alto, a medição na transferência comercial é uma característica extremamente importante para a medição do fluxo de hidrogênio. Propriedades do hidrogênio O hidrogênio (fórmula química H2) é composto por dois átomos de hidrogênio. É incolor, insípido, inodoro, atóxico e inflamável. Com um peso molecular de 2 e uma densidade de 0,0695, o hidrogênio é considerado o gás mais leve. Ele é 14 vezes mais leve que o ar (mv=28,8). O hidrogênio é muito inflamável. Em condições de pressão normal, uma mistura com teor de hidrogênio entre 4,0% e 74% já é inflamável. Como a energia mínima necessária para a ignição do hidrogênio é muito baixa (0,02 mJ – o que representa uma ordem de grandeza menor do que a energia mínima para a ignição dos hidrocarbonetos), são necessárias medidas de prevenção rigorosas para evitar vazamentos. Outras questões relevantes: Fragilização por hidrogênio: Devido ao pequeno tamanho das moléculas de hidrogênio, elas conseguem se difundir nos espaços entre as estruturas cristalinas dos metais, o que pode levar à redução da ductilidade (resistência) desses materiais. Esse efeito é chamado de fragilização por hidrogênio; ele afeta principalmente os aços de alta resistência, e não os aços inoxidáveis. Os aços inoxidáveis austeníticos, como o 304L e o 316L, são, na verdade, resistentes à fragilização por hidrogênio. Isso se deve à estrutura Ni-Cr-Mo da liga à base de níquel C-22. Conectores de processo: Mesmo sob a mesma pressão, mesmo que o sistema seja hermético em relação ao ar ou a outros gases comuns, o hidrogênio ainda pode vazar do sistema. Portanto, as diretrizes da Associação Americana de Gases Comprimidos (CGA), CGA G-5.4-1992, estabelecem que os sistemas de tubulações e as conexões entre elas devem ser selados por meio de soldagem, a fim de evitar vazamentos e proteger contra incêndios. Não é permitido o uso de conexões com solda mole. Conexões roscadas podem ser utilizadas em sistemas de tubulações de hidrogênio, mas é necessário garantir que a possibilidade de vazamentos seja reduzida ao mínimo. As conexões em flange utilizadas nos sistemas de tubulações de hidrogênio devem possuir vedação de metal contra metal ou buchas, sendo que as buchas devem ser feitas de materiais retardantes de chama. A medição confiável e precisa do fluxo é fundamental para melhorar a qualidade e a produção dos produtos. Técnicas existentes de medição de volume, como medidores de vazão por diferença de pressão, medidores de vazão a turbina e medidores de vazão por efeito Vortex, têm limitações em termos de precisão. Ao usar essas técnicas para medir hidrogênio, a precisão obtida costuma ser de ±3 a 8%. Além disso, a faixa de medição também é limitada. Além disso, as partes móveis do medidor de vazão por turbina também comprometem sua confiabilidade. Atualmente, os mais utilizados e confiáveis são os medidores de vazão de massa por efeito Coriolis e os medidores de vazão de massa de gás de tipo térmico. Ambos pertencem à categoria de medidores de vazão que medem o fluxo de massa de forma direta, e não possuem partes móveis, além de terem uma ampla faixa de medição. Os materiais das superfícies de contato com o fluido são todos do tipo 316L, o que aumenta a durabilidade e a segurança em aplicações no campo. Os sensores dos medidores de vazão de massa por efeito Coriolis e dos medidores de vazão de massa de tipo térmico são totalmente soldados. Como não é necessário corrigir as leituras de vazão para valores correspondentes a condições padrão, por meio de interfaces para sensores de pressão e temperatura, o número de conexões nas tubulações do sistema é reduzido ao mínimo. As formas de conexão dos sensores incluem conexão por flange, conexão por abraçadeira de flange, e o medidor de vazão massica de gás de tipo térmico também oferece conexão por inserção em tubulações grandes. Os medidores de vazão de massa por efeito Coriolis e os medidores de vazão de massa de tipo térmico, graças às suas excelentes tecnologias de detecção, conseguem oferecer uma precisão de até 0,5%, o que lhes confere uma grande vantagem na medição para fins comerciais. Esses dois tipos de medidores de vazão possuem tecnologias avançadas de medição, apresentam boa estabilidade em uso a longo prazo, e seus custos de manutenção no local são extremamente baixos. Por isso, são equipamentos de medição muito populares. Desvantagens do medidor de vazão em massa de Coriolis: diâmetro grande, volume volumoso, instalação difícil e custo de aquisição extremamente elevado. Em termos de medição de vazões baixas, não é tão eficaz quanto os medidores de massa de gás de tipo térmico. Desvantagens do medidor de vazão de massa por calor: sua faixa de alta velocidade de fluxo não é tão boa quanto a do medidor de vazão de massa por efeito Coriolis. Para medir com precisão o fluxo de hidrogênio, é necessário calibrar o medidor utilizando um fluxo real, e essa restrição faz com que a maioria dos produtos fabricados pelas indústrias não atenda aos requisitos. Atualmente, no cenário internacional, existem apenas algumas marcas que possuem essa capacidade, como SIERRA, KURZ e FCI. Há limites para a pressão de trabalho, geralmente abaixo de 3,4 MPa; no caso da KURZ, ela não deve exceder 2 MPa. A seguir, estão as aplicações do medidor de vazão massiva de gás termico SIERRA em diversos setores. É importante ressaltar que esses medidores de vazão já estão em uso há mais de 8 anos.