Seis tipos de medidores de vazão amplamente utilizados na indústria do nosso país

Thread Content

　　Atualmente, existem muitos tipos de produtos utilizados no nosso país para a medição de vazões industriais. Há produtos genéricos e outros específicos para determinados fins. Para os técnicos responsáveis pela escolha dos produtos, é fácil cometer erros, o que pode causar prejuízos para todo o projeto. A seguir, estão algumas das minhas opiniões sobre esses produtos. Espero que isso possa servir como referência para a escolha de todos. 　　1. Medidor de vazão por ultrassom: Os ultrassons, ao se propagarem pelo fluido em movimento, carregam consigo informações sobre a velocidade do fluxo do fluido. Portanto, é possível detectar a velocidade do fluxo do fluido por meio dos ultrassons recebidos, o que permite converter essa informação em vazão. De acordo com o método de medição, os medidores de vazão por ultrassom podem ser divididos em diferentes tipos, como o método da diferença de velocidade de propagação (método do tempo de viagem), o método Doppler, o método de deslocamento do feixe, o método baseado no ruído e outros métodos relacionados. O medidor de vazão por ondas sonoras é um instrumento sem contato que passou a ser utilizado nos últimos dez anos, com o rápido desenvolvimento da tecnologia de circuitos integrados. É adequado para medir fluidos difíceis de serem acessados ou observados, bem como o vazão em tubulações de grande diâmetro. Ele pode ser acionado em conjunto com um medidor de nível para realizar a medição do fluxo em correntes de água abertas. O uso de fluxômetros ultrassônicos não implica na instalação de componentes de medição no fluido, portanto não altera o estado de fluxo do mesmo, nem gera resistência adicional. A instalação e a manutenção dos instrumentos não afetam o funcionamento das linhas de produção, sendo assim um fluxômetro ideal para economizar energia. 　　Como é bem sabido, na medição de vazões industriais atuais, existe o problema de ser difícil medir vazões em tubulações de grande diâmetro. Isso se deve ao fato de que, à medida que o diâmetro da tubulação aumenta, surgem dificuldades na fabricação e no transporte dos medidores de vazão. Além disso, o custo aumenta, há maior perda de energia, e os dispositivos apresentam outros defeitos. Já os medidores de vazão por ultrassom conseguem evitar todos esses problemas. Como os medidores de vazão por ultrassom podem ser instalados fora do tubo e realizar a medição de forma não contatual, seu custo praticamente não depende do diâmetro do tubo a ser medido. Já em outros tipos de medidores de vazão, o custo aumenta significativamente à medida que o diâmetro aumenta. Portanto, quanto maior o diâmetro, melhor é a relação entre desempenho e custo dos medidores de vazão por ultrassom em comparação com outros tipos de medidores com funcionalidades semelhantes. Considerado um instrumento de medição de vazão de grande diâmetro de boa qualidade, o medidor de vazão por ultrassom do método Doppler é capaz de medir a vazão em meios bifásicos, podendo, portanto, ser utilizado para a medição de fluxos sujos, como os de esgotos e águas residuais. Nas usinas elétricas, o uso de medidores de vazão ultrassônicos portáteis para medir o volume de água que entra nas turbinas hidráulicas e o volume de água no ciclo das turbinas a vapor é muito mais prático do que o uso dos medidores de velocidade de fluxo de tipo Pitot, utilizados no passado. O ultrassom também pode ser utilizado para medições de gás. A faixa de aplicação do diâmetro varia de 2 cm a 5 m, podendo ser utilizada em canais abertos ou subterrâneos com largura de alguns metros, até em rios com largura de 500 m. 　　Além disso, a precisão da medição de vazão realizada por instrumentos de medição ultrassônicos quase não é afetada por parâmetros como temperatura, pressão, viscosidade e densidade do fluido a ser medido. Além disso, esses instrumentos podem ser fabricados de forma não contatual e portátil, o que permite resolver problemas de medição de vazão em meios altamente corrosivos, não condutores, radioativos ou inflamáveis, que são difíceis de medir com outros tipos de instrumentos. Além disso, devido às características das medições sem contato, e com o uso de circuitos eletrônicos adequados, um único instrumento pode ser utilizado para medir vários diâmetros de tubos e diversas faixas de vazão. A capacidade de adaptação dos medidores de vazão por ultrassom também é incomparável à de outros instrumentos. Os medidores de vazão por ultrassom possuem as vantagens mencionadas acima; por isso, são cada vez mais valorizados. Eles estão se tornando mais padronizados e versáteis, sendo produzidos em versões padrão, para altas temperaturas, à prova de explosão e para uso em ambientes úmidos, a fim de atender às necessidades de medição de vazão em diferentes meios, situações e condições de tubulações. 　　2. Medidor de vazão por turbina: O medidor de vazão por turbina é um instrumento de tipo velocimétrico. Ele possui características como baixa perda de pressão, alta precisão, baixo fluxo inicial, resistência a vibrações e flutuações na vazão, além de uma ampla faixa de medição e fácil manutenção. Nesse dispositivo, a turbina é colocada dentro do fluido a ser medido. Quando o gás entra no medidor, ele é direcionado e acelerado graças a um estrutura especial chamada retificador. Dentro de uma certa faixa de vazão, a velocidade angular da turbina é diretamente proporcional à vazão. Por meio do princípio da indução eletromagnética, são gerados sinais de pulso que são proporcionais ao volume de fluido que passa pelo medidor. Esses sinais são amplificados e processados por um amplificador, permitindo que a vazão real seja exibida na tela LCD. Se os sinais detectados pelos sensores de temperatura e pressão também forem inseridos no dispositivo de cálculo inteligente, será possível obter a vazão nas condições padrão, que será exibida na tela LCD. O medidor de vazão por turbina é um instrumento de tipo rotores, cujo princípio de funcionamento é relativamente simples. No interior do tubo do medidor de vazão por turbina, há uma turbina localizada no centro do mesmo, sendo sustentada em suas extremidades por rolamentos. Quando o fluido passa pelo tubo, ele atinge as pás da turbina, gerando um torque que faz com que a turbina gire, superando assim o torque de fricção e a resistência do fluido. Em uma determinada faixa de vazão, e para uma determinada viscosidade do fluido, a velocidade angular de rotação da turbina é diretamente proporcional à velocidade do fluxo do fluido. Dessa forma, a velocidade do fluxo do fluido pode ser determinada a partir da velocidade angular de rotação da turbina, permitindo assim o cálculo do volume de fluido que passa pelo tubo. Além disso, a velocidade de rotação da turbina é detectada por meio de bobinas sensores localizadas fora da carcaça. Quando as pás da turbina cortam as linhas magnéticas geradas pelos ímãs permanentes dentro da carcaça, isso provoca mudanças no fluxo magnético nas bobinas sensores. As bobinas sensores enviam os sinais de variação periódica do fluxo magnético para um amplificador prévio, que amplifica e processa esses sinais, gerando sinais de pulso proporcionais à velocidade do fluxo. Esses sinais são então enviados para circuitos de conversão de frequência em corrente elétrica, transformando os sinais de pulso em uma corrente elétrica analógica, que indica o valor instantâneo do fluxo. 　　O medidor de vazão por turbina é um tipo de instrumento de medição de vazão baseado na velocidade; em tradução literal, também é conhecido como medidor de vazão por turbina. Os medidores de vazão por turbina são divididos, de acordo com o meio que medem, em medidores de vazão por turbina para gases e medidores de vazão por turbina para líquidos. Entre os vários medidores de vazão, o medidor de vazão a turbina é o produto com maior repetibilidade e melhor precisão. Como estrutura simples, poucas peças necessárias para sua montagem, peso reduzido, fácil manutenção, grande capacidade de fluxo (grande volume de fluido que pode passar pelo mesmo diâmetro) e capacidade de operar em condições extremas (alta temperatura, alta pressão e baixa temperatura). Os medidores de vazão por turbina são amplamente utilizados para medir substâncias como petróleo, líquidos orgânicos, líquidos inorgânicos, gás liquefeito, gás natural, gás de cozinha e fluidos a baixas temperaturas. Nas estações de transporte e distribuição de gás liquefeito de petróleo, produtos petrolíferos refinados e petróleo bruto leve no exterior, ele é amplamente utilizado nas estações iniciais e finais das grandes tubulações de transporte de petróleo bruto para fins de liquidação comercial. 　　3. Medidor de vazão eletromagnético: O medidor de vazão eletromagnético é um novo tipo de instrumento de medição de vazão que se desenvolveu rapidamente na década de 60, com o avanço da tecnologia eletrônica. Ele é fabricado com base na lei da indução eletromagnética de Faraday, e serve para medir o fluxo volumétrico de fluidos condutores. Devido às suas vantagens únicas, é atualmente amplamente utilizado na medição de diversos líquidos condutores na indústria. Por exemplo, na medição de vários ácidos, bases, sais e outros líquidos corrosivos; de vários materiais inflamáveis e explosivos; bem como de esgotos industriais, polpa de papel, lamas, entre outros. 　　O princípio de medição baseia-se na lei da indução eletromagnética de Faraday. Ou seja, quando o líquido condutor flui através do medidor de vazão eletromagnético, gera-se uma tensão no líquido condutor, que é proporcional à velocidade média de fluxo V (vazão volumétrica). O sinal de tensão induzida é detectado por dois elétrodos em contato com o líquido. Esse sinal é transmitido por meio de cabos até um amplificador, onde é convertido em um sinal de saída uniforme. Com base no princípio de medição do medidor de vazão eletromagnético, é necessário que o líquido em fluxo tenha uma condutividade elétrica mínima. 　　As principais características do medidor de vazão eletromagnético são as seguintes:
① O transmissor do medidor de vazão eletromagnético possui estrutura simples, sem partes móveis, e também não possui componentes que possam dificultar o fluxo do fluido. Portanto, quando o fluido passa por ele, não há perda adicional de pressão. Além disso, ele não causa problemas como desgaste ou entupimentos. É especialmente adequado para medir fluidos bifásicos, como lamas contendo partículas sólidas e águas residuais, bem como diversos tipos de pastas com alta viscosidade. Como não possui partes móveis, é possível utilizar revestimentos resistentes à corrosão e eletródios feitos de materiais resistentes à corrosão, o que garante excelente resistência à corrosão, permitindo seu uso em diversos meios corrosivos.
② O medidor de vazão eletromagnético é um instrumento de medição de vazão volumétrica. Durante a medição, ele não é afetado pela temperatura, viscosidade, densidade ou condutividade elétrica do fluido medido (dentro de certos limites). Portanto, após ser calibrado com água, pode ser usado para medir a vazão de outros líquidos condutores, sem a necessidade de correções adicionais.
③ O medidor de vazão eletromagnético possui uma ampla faixa de medição; a relação entre os limites de medição pode chegar a 1:10. Além disso, sua medição depende apenas da velocidade média do fluido, independentemente do estado do fluxo (fluxo laminar ou turbulento).
④ O medidor de vazão eletromagnético não possui inércia mecânica, sendo assim rápido em suas respostas. Ele consegue medir fluxos pulsantes instantâneos, além de ter boa linearidade. Portanto, o sinal de medição pode ser convertido diretamente em um sinal padrão pelo conversor, podendo ser exibido localmente ou transmitido à distância.

Apesar dessas excelentes características, o medidor de vazão eletromagnético ainda possui algumas limitações, o que restringe seu uso em determinadas situações. As principais limitações são:
① O medidor de vazão eletromagnético não pode ser usado para medir gases, vapores ou líquidos que contenham grandes quantidades de gás.
② Atualmente, o medidor de vazão eletromagnético não pode ser usado para medir líquidos com baixa condutividade elétrica. A condutividade do líquido deve ser superior a 10-5 S/cm, valor equivalente à condutividade da água destilada. Ele também não funciona com produtos petrolíferos ou solventes orgânicos. 　　③Devido às limitações impostas pela temperatura ao material de revestimento isolante do tubo de medição, os medidores de vazão eletromagnéticos industriais atuais ainda não conseguem medir fluidos em altas temperaturas e pressões. 　　④O medidor de vazão eletromagnético é afetado pela distribuição da velocidade do fluxo. Em condições de distribuição axial simétrica, o sinal de vazão é proporcional à velocidade média do fluxo. Portanto, é necessário que haja um trecho de tubo reto antes e depois do medidor de vazão eletromagnético. ⑤ O medidor de vazão eletromagnético é suscetível a interferências eletromagnéticas externas. 4. Medidor de vazão por vórtices: O medidor de vazão por vórtices é um tipo de medidor moderno que utiliza o princípio dos vórtices de Karman para medir o fluxo de fluidos em tubulações fechadas. Devido à sua excelente capacidade de adaptação ao meio, não é necessário compensação de temperatura ou pressão para medir diretamente o fluxo volumétrico em condições reais de vapor, ar, gases, água e líquidos. Com sensores de temperatura e pressão, é possível medir o fluxo volumétrico e o fluxo massivo em condições padrão. Portanto, é um substituto ideal para os medidores de vazão de tipo orifício. O medidor de vazão por efeito de vórtice consiste na instalação de um (ou vários) elementos obstrutivos não aerodinâmicos no fluxo de fluido. O fluido se separa alternadamente dos lados desses elementos obstrutivos, gerando duas sequências regulares de vórtices. Em uma determinada faixa de vazão, a frequência de separação dos vórtices é proporcional à velocidade média do fluido no tubo. Ao se medir a frequência dos vórtices por meio de diversos tipos de sensores, é possível calcular o volume de fluxo. O medidor de vazão por turbina é adequado para medir líquidos, gases ou vapor. 　　Não possui peças móveis, nem problemas de sujeira. O medidor de vazão por efeito de vórtice gera ruído e requer que o fluido tenha uma velocidade de fluxo elevada para que se formem vórtices. O medidor de vazão por efeito de vórtice possui uma estrutura simples, boa versatilidade e alta estabilidade, pois o sensor utiliza um elemento de detecção separado do gerador de vórtices. Além disso, os cristais piezoelétricos resistentes a altas temperaturas não entram em contato com o meio fluido. 　　Os medidores de vazão de tipo “vortex” são utilizados principalmente para medir o fluxo de fluidos em tubulações industriais, como gases, líquidos, vapores e outros tipos de fluidos. Suas características são: baixa perda de pressão, ampla faixa de medição e alta precisão. Ao medir o fluxo volumétrico em condições operacionais, quase não é afetado por parâmetros como densidade do fluido, pressão, temperatura e viscosidade. Não há peças mecânicas móveis, portanto, a confiabilidade é alta e a necessidade de manutenção é pequena. Os parâmetros do instrumento podem permanecer estáveis a longo prazo. Possui alta confiabilidade e pode operar em uma faixa de temperatura de -20℃ a +250℃. Há saída de sinais padrão analógicos, bem como de sinais de pulso digital. 5. Medidor de vazão por flutuador (medidor de vazão rotativo): O medidor de vazão por flutuador em tubo metálico é, na verdade, um medidor de vazão de área variável. Geralmente, possui um tubo cônico vertical e uma boia que pode se mover livremente para cima e para baixo dentro desse tubo, dependendo do volume de fluxo. Quando o fluido flui de baixo para cima pelo tubo cônico, a energia cinética do fluido gera uma força de empuxo S no flutuador, e a força de flutuação A faz com que o flutuador suba. À medida que a área de fluxo em forma de anel entre a parede interna do tubo cônico e o flutuador aumenta, a força de empuxo S gerada pelo fluido sobre o flutuador diminui. Quando a soma da força de empuxo S e da força de flutuação é igual à gravidade do próprio flutuador G, este encontra-se em estado de equilíbrio e permanece estabilizado em uma determinada altura. A marcação correspondente a essa altura indica o volume de fluxo que passa pelo medidor de vazão. O sensor converte o valor do fluxo em um deslocamento do flutuador. Por meio de um sistema de acoplamento magnético, esse deslocamento é transmitido ao conversor, que indica assim o valor do fluxo. 　　O medidor de vazão por flutuador é um tipo de instrumento de medição de vazão em área, amplamente utilizado no controle de processos de automação industrial. Possui características como pequeno tamanho, grande alcance de detecção e facilidade de uso. Pode ser usado para medir o fluxo de líquidos, gases e vapores, sendo especialmente adequado para a medição do fluxo de meios com baixa velocidade e pequeno volume. 　　6. Medidor de vazão massiva por método térmico (de gás): O medidor de vazão massiva de gás por método térmico utiliza o princípio da difusão térmica. A tecnologia de difusão térmica é uma técnica que oferece desempenho excelente e alta confiabilidade em condições extremas. Seus componentes sensores típicos incluem duas resistências térmicas (RTD de platina); uma delas funciona como sensor de velocidade, enquanto a outra serve para compensar automaticamente as variações de temperatura do gás. Quando esses dois RTD são colocados no meio em questão, o sensor de velocidade é aquecido a uma diferença de temperatura constante acima da temperatura ambiente, enquanto o outro sensor de temperatura serve para detectar a temperatura do meio. A vazão de massa do gás que passa pelo sensor de velocidade é calculada com base na quantidade de calor transferida pelo elemento sensor. À medida que a velocidade do gás aumenta, mais calor é transferido do sensor para o meio, sendo assim necessário fornecer mais potência. A potência necessária para aquecer o RTD pela unidade eletrônica está relacionada diretamente com o fluxo de massa. 　　O medidor de vazão de massa de gás por método térmico é um tipo moderno de instrumento para medição da vazão de gás. Diferentemente de outros medidores de vazão de gás, ele não requer correções de pressão e temperatura, medindo diretamente a vazão de massa do gás. Um único sensor é suficiente para cobrir uma faixa de medição que vai de valores extremamente baixos até valores elevados. É adequado para a medição de um único gás e de gases compostos por várias substâncias, em proporções fixas. O princípio em que se baseia é o de que a velocidade com que um fluido absorve calor está diretamente relacionada ao seu fluxo de massa. As moléculas de gás em movimento, ao colidirem com a resistência térmica, absorvem calor. Quanto maior a vazão, maior é o número de moléculas que entram em contato com a resistência térmica, e, portanto, maior é a quantidade de calor absorvido. A absorção de calor está relacionada ao número de moléculas de um determinado gás, às suas propriedades termológicas e às características do seu fluxo.