Escolha de medidores de vazão para diâmetros muito grandes

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Diâmetros de tubos muito grandes geralmente referem-se a diâmetros maiores que 1 metro, incluindo tubos redondos/tubos quadrados/tubos retangulares. Devido ao grande diâmetro dos tubos, e ao seu grande volume, o principal fator a ser considerado no projeto é como reduzir o espaço ocupado e economizar custos. Portanto, o comprimento de instalação do tubo não leva em consideração as exigências de instalação do medidor de vazão, e, consequentemente, não há necessidade de seter trechos retos de tubo com 10 metros à frente e 5 metros atrás. Isso representa limitações consideráveis para a maioria das aplicações de medidores de vazão; mesmo quando é utilizado, o desempenho é muito ruim. Como resolver esse problema? Vamos falar primeiro sobre as características do fluxo em tubulações grandes: 1. O diâmetro dos tubos é superior a 1 metro; em alguns casos, chega a 5,6 metros. Geralmente têm formato retangular, com estruturas complexas; os trechos de tubo retos são extremamente curtos, muitas vezes inferiores a 1D. A distribuição da velocidade do fluxo é complexa e varia constantemente de acordo com a carga do ventilador (em tubos de grande diâmetro, geralmente se mede o volume de ar). 2. Existem vórtices dentro do tubo, cujo tamanho e posição mudam constantemente com o fluxo de fluido. 3. Para reduzir as perdas de pressão, a velocidade do fluxo no interior dos tubos costuma ser inferior a 5–10 metros por segundo. Em condições de temperatura ambiente, a pressão estática total do ar é de apenas 15–60 Pa. 4. Os gases costumam conter poeira, o que faz com que os instrumentos de medição de diferença de pressão comuns fiquem facilmente obstruídos. A seguir, são apresentados alguns dos instrumentos usados atualmente para medir tubulações de grande diâmetro. De acordo com o número de pontos de medição: 1) Medição em um único ponto – O fluxo é calculado com base na velocidade do fluido em um ponto específico dentro do tubo (como o centro do círculo). Exemplos de dispositivos utilizados para isso são turbinas inseríveis, sensores de tipo vórtice, dispositivos de tipo Venturi duplo e medidores de massa de gás de tipo térmico. Para que esses dispositivos funcionem corretamente, é necessário que o comprimento do trecho de tubo reto seja de 15 a 25D (D: diâmetro do tubo). Devido à existência de redemoinhos imprevisíveis dentro dos grandes canais, é muito improvável que haja um ponto de velocidade média constante em diferentes cargas do ventilador; por isso, esse tipo de sistema raramente é equipado com controle automático. É preciso esclarecer um ponto aqui: muitos fabricantes de medidores de vazão afirmam que seus dispositivos foram calibrados em túneis de vento, com precisão de até ±1%. É importante notar que isso se refere à precisão da velocidade do fluxo; em termos simples, o vazão é a soma das velocidades em todo o perfil de fluxo. Em geral, as medições em um único ponto não são ideais quando há uma seção de tubo reta insuficiente, ou quando existem elementos que causam resistência ao fluxo na parte frontal e posterior. Se forem exigidas alta linearidade/repetibilidade e confiabilidade, enquanto a precisão precisa estar apenas dentro de limites aceitáveis, para tais condições de operação, pode-se utilizar o método de calibração por seleção de pontos na rede de medição, desenvolvido e aprimorado especialmente pela empresa SIERRA Instruments. Por meio deste método, escolhe-se o melhor ponto de inserção. Este método utiliza um medidor de vazão de gás de tipo térmico. Um único medidor é usado para registrar as variações de vazão, selecionando-se vários pontos na seção transversal (dependendo da precisão dos dados coletados e das variações na velocidade do ar). Os dados obtidos em todos esses pontos são processados matematicamente, a fim de se identificar o ponto ideal de medição. Dessa forma, os valores de vazão medidos nesse ponto não apenas são lineares, mas também permitem representar a vazão média de toda a seção transversal. 2) Medição em vários pontos ao longo da linha: O fluxo é calculado pela medição da velocidade do fluido em vários pontos ao longo de uma linha reta no interior do tubo (diâmetro no caso de tubos circulares, altura ou largura no caso de tubos retangulares). Para isso, são utilizados medidores de fluxo do tipo inserível. Em comparação com os pontos de medição individuais, a precisão aumenta, e a instalação também se torna mais fácil. No entanto, o trecho de tubo reto anterior também precisa ter pelo menos 10 diâmetros D. Além disso, é necessário que as linhas de velocidade do fluxo dentro do tubo sejam aproximadamente circulares concêntricas, para que seja possível obter a precisão desejada. Por exemplo, em um tubo de uma usina elétrica com área inferior a 1 metro quadrado, devido à presença de vórtices dentro do tubo, seu tamanho e posição mudam constantemente com a quantidade de ar que passa por ele. Assim, dentro da faixa de regulação de 30 a 50% da vazão de ar, observa-se que, à medida que a vazão aumenta, a diferença de pressão gerada pelo tubo diminui. Eu mesmo já passei por situações em que, ao usar o método de área e velocidade para determinar a velocidade do fluxo de ar nos canais de ar secundário, descobri que, não importava como eu ajustasse a abertura das válvulas de controle, a velocidade de fluxo nesse ponto continuava sendo 0! Portanto, esse método de medição também é difícil de ser utilizado em sistemas de controle industrial. Em resumo, podemos concluir que a medição do volume de ar em tubulações grandes é extremamente difícil. Quando não é possível alterar as condições no local da obra, devem ser adotadas medidas adequadas para melhorar essas condições, a fim de se obter medições precisas do volume de ar. 《1》Retificador: Já sabemos que o problema principal que causa dificuldades nas medições é a falta de um trecho de tubo em condições normais. Se garantirmos que o fluxo de ar que entra na seção de medição do instrumento seja um fluxo turbulento bem desenvolvido, então tudo ficará mais fácil. Uma ótima solução é instalar um retificador. E o que é recomendado atualmente é o uso de geradores de fluxo em formato de colmeia, que têm sido utilizados com sucesso em equipamentos de túnel de vento ao longo de quase um século. A característica é uma razão entre a área de circulação e a área de seção transversal do tubo maior, a fim de reduzir as perdas de pressão. 《2》Velocímetro de vários pontos: O princípio é o mesmo do Pitot, utilizado para medir a velocidade do fluxo (no Brasil, costuma-se chamá-lo de Pitot). A velocidade é calculada a partir da diferença de pressão antes e depois do elemento de restrição do fluxo. A diferença está no fato de que a posição e a quantidade dos pontos de medição formam uma matriz, permitindo assim refletir com precisão a distribuição da velocidade do fluxo dentro do tubo. Quanto maior o número de pontos de medição, maior a capacidade de refletir com precisão a distribuição das velocidades do fluxo dentro do tubo. 《3》Dispositivo de purga automática: Como o ar utilizado nas unidades 1 e 2 das usinas termelétricas inevitavelmente contém poeira, os instrumentos que medem a diferença de pressão para calcular o fluxo de ar acabam se entupindo, o que limita seu uso nessas usinas. Para evitar esse problema, utiliza-se um dispositivo de purga para limpar os canos regularmente. 《4》Medição: trata-se do processamento de todos os dados no sistema para, em seguida, gerar valores de fluxo. Isso é algo muito detalhado e complexo. No que diz respeito à contagem de fluxo, etc., isso será mencionado brevemente aqui. Vantagens do uso de vários pontos de medição: 1. Alta precisão nas medições. 2. A instalação é relativamente simples, e a perda de pressão é baixa. Diz-se (mas não foi confirmado) que as usinas termelétricas nos Estados Unidos já ocupam mais de 90% do mercado. Nosso país adotou essa tecnologia há apenas alguns anos e ainda está em processo de aperfeiçoamento. Claro, atualmente no exterior já se começa a usar, gradualmente, medidores de vazão por massa térmicos do tipo matricial para substituir os medidores de vazão por diferença de pressão tradicionais. Atualmente, essa tecnologia já está sendo aplicada com sucesso em algumas usinas elétricas do nosso país. Existem exigências elevadas em relação às marcas de medidores de vazão massiva de gás por método térmico. Os produtos nacionais têm um tempo de vida útil muito curto, além de apresentarem alta taxa de falhas e uma linearização deficiente. Atualmente, as principais marcas utilizadas nessa área, tanto no país quanto no exterior, são SIERRA/FCI/KURZ. A vantagem principal de se utilizar o método de medição do fluxo massivo de gás por meio de sensores térmicos é a boa linearidade e repetibilidade, ausência de perdas de pressão, faixa de medição ampla, medição direta do fluxo massivo, sem necessidade de compensação por temperatura e pressão. O diâmetro do tubo tem pouco impacto no custo do medidor; quanto maior o diâmetro, maiores as vantagens do método térmico. Além disso, sua instalação é a mais simples entre todos os tipos de medidores, com menor custo de instalação e manutenção. Considerando as características acima, a medição de vazões em tubulações de grande diâmetro está se tornando cada vez mais a opção preferida.