Todos sabem o que é um medidor de vazão ou rotâmetro, e, mesmo assim, poucos de nós realmente o entendemos da maneira que deveríamos. A triste realidade é que, uma vez que os medidores de vazão estejam instalados e operando, tendemos a ignorá-los. Isso pode levar muitas vezes a erros graves de fluxo ou problemas potenciais que ocorrem ao longo do tempo relacionados à segurança ou ao processo. Vamos aprender mais.
O que é um medidor de vazão, realmente?
Um medidor de vazão é um dispositivo usado para medir o fluxo de gases ou líquidos. Na verdade, existem duas maneiras diferentes de medir o fluxo – de forma volumétrica (Fig. 2a) e por técnicas de fluxo de massa (Fig. 2b). Como profissionais de tratamento térmico, estamos provavelmente mais familiarizados com a medição volumétrica de fluxo de gases. O princípio envolve o deslocamento do volume de gás ao longo do tempo. Fornos de atmosfera, geradores a gás e sistemas de combustão normalmente usam estes tipos de dispositivos. O fluxo de massa envolve a medição do peso de um gás, e estes medidores são comumente encontrados em fornos a vácuo, onde medem os gases para operação de pressão parcial.
Quais tipos de medidores de vazão estão disponíveis?
Como tratadores térmicos, normalmente focamos na medição de gases. Qualquer um que tenha visto um sistema de nitrogênio / metanol, no entanto, está ciente de que o metanol líquido deve ser medido dentro do forno. Os medidores de vazão também são usados para medir o fluxo de líquidos. Além de visores de fluxo e medidores de vazão mássicos, outros tipos comuns incluem: orifícios, rotâmetros, medidores de deslocamento positivo, medidores eletromagnéticos, dispositivos de ultrassom (efeito Doppler), medidores de fluxo tipo turbina, medidores de fluxo tipo cunha e medidores de impacto.
Quais são as características e vantagens dos tipos de medidores de vazão mais comuns?
Medidores de vazão de área variável oferecem:
• Medição mecânica de vazão com apenas uma única parte em movimento, assegurando a confiabilidade da medição;• Versatilidade de aplicação e disponibilidade de uma variedade de materiais para construção, tamanhos e tipos de entrada e saída;• Fácil instalação, geralmente sem a necessidade de duto reto;• Pequenas quedas de pressão;• Escalas lineares, permitindo a fácil interpretação da medição de fluxo;• Disponibilidade de saída de sinal eletrônico, preservando os benefícios da medição de vazão mecânica.Rotâmetros de tubo cônico oferecem:• Baixo custo do instrumento (quando tubo de medição de vidro ou de plástico é usado);• Precisão a muito baixas taxas de fluxo.Medidores de vazão por cilindros ranhurados oferecem:• Uma faixa de vazão de 25:1, já que a exatidão do fluxo de medição é determinada pela precisão da operação de fabricação da ranhura;• As especificações do aparelho podem ser alteradas pela substituição do tubo ranhurado e do flutuador em campo, sem ter que refazer o corpo medidor de vazão;• Capacidade de lidar com fluxos e pressões elevados;• Imunidade melhorada para os efeitos de fluxos pulsantes, sem mínima contrapressão.
As limitações comuns a ambos os medidores de vazão de área variável por tubo cônico e por cilindro ranhurado são de que a montagem vertical é necessária e que eles contêm partes móveis.
O usuário também deve estar ciente de que a precisão dos medidores de vazão mássicos e controladores de fluxo de massa é determinada por dois fatores: a calibração e repetibilidade do fluxo. A calibração adequada do instrumento garante a precisão do ponto de partida. A repetibilidade é a medida contínua do desempenho frente à especificação durante a vida útil do dispositivo. A maioria dos medidores e controladores de vazão mássicos tem uma precisão de ± 1% da escala completa e uma repetibilidade de ± 0,25% da escala completa.
É mais fácil controlar um gás ou um líquido?
Curiosamente, os líquidos são mais fáceis de serem medidos e controlados, devido a sua pequena compressibilidade. Para a maioria das aplicações de fluxo volumétrico, a pressão de entrada em sistemas de líquidos não deve ser estreitamente controlada. Pela sua própria natureza, os líquidos podem ser facilmente capturados e medidos a um alto grau de precisão. Os gases, por outro lado, devido a sua compressibilidade, requerem detecção e métodos de controle mais complexos.
Qual é a faixa de precisão de um medidor de vazão de gás?
Ao medir os fluxos de gases em aplicações de tratamento térmico não há uma distinção importante entre a faixa de operação de um medidor de vazão e a faixa de projeto na compra de um novo medidor. Planeje operar o medidor de vazão em um intervalo não inferior a 25% e não superior a 90% da capacidade da escala do visor de fluxo. Em outras palavras, se o seu medidor está classificado para 0-60 metros cúbicos por hora, você pode ter certeza da precisão quando o fluxo estiver entre 15 e 54 metros cúbicos. Fluxos fora desses limites não são considerados precisos.
Uma boa “regra de ouro” para o dimensionamento de um medidor de vazão é a compra de seu medidor no “terço médio”. O medidor de vazão deve ser escolhido de modo que o fluxo real seja de não menos do que 1/3 e não mais do que 2/3 da escala que você selecionar. Isso lhe dá a possibilidade, na operação real, de compensar as mudanças inesperadas nas exigências de fluxo que podem ocorrer. Muitas vezes, ao longo da vida de um forno de tratamento térmico, requisitos de processo e condições de funcionamento mudam – às vezes drasticamente – e você quer que sua medição de gás permaneça precisa.
Devo recalibrar os meus medidores de vazão?
Se existem constantes mudanças nas condições de funcionamento, tal como o desejo de constantemente operar a uma pressão diferente, então a recalibração do dispositivo de medição de fluxo é fortemente recomendada. Como regra geral, medidores de vazão usados em aplicações de tratamento térmico são projetados para uma temperatura máxima de 66°C e uma pressão de até 345 kPa (50 psig). No entanto, aplicações específicas de medidores de vazão podem ter pressões máximas de operação fora destes limites.
O que afeta minhas medições de gás?
Se conhecer a vazão adequada for importante para você, esteja ciente de que uma mudança na temperatura, pressão ou gravidade específica do gás para as quais o medidor foi calibrado irá causar um grave erro na leitura da escala indicada. É bastante comum em uma indústria de tratamento térmico encontrar medidores de vazão operando a diferentes pressões e temperaturas para as quais foram calibrados.
Preciso reparar meus dispositivos de fluxo?
Todos os medidores de vazão, eventualmente, necessitam de manutenção. É uma triste verdade que algumas unidades requerem mais manutenção do que outras, de modo que este fator deve ser considerado quando uma unidade for selecionada. No entanto, na maioria das operações de tratamento térmico o fabricante do equipamento já fez essa escolha para você, assim a compreensão de qual manutenção é necessária e quando ela deve ser realizada é de suma importância.
Os medidores de vazão têm partes móveis e requerem inspeção interna, especialmente se o fluido for sujo ou viscoso. Por exemplo, em fornos a gás endotérmico, os medidores de vazão muitas vezes tornam-se contaminados com fuligem (carbono) e devem ser limpos com desmontagem CUIDADOSA e todas as partes móveis internas devem ser limpas, bem como o fluido sujo no tubo medidor de vazão deve ser substituído. Atenção: Isso envolve isolar o medidor de vazão, ou executar a manutenção quando o aparelho estiver desligado, o que deve ser feito de forma segura, já que muitos dos gases envolvidos são asfixiantes, além de serem inflamáveis, tóxicos e, possivelmente, causam risco de vida.
Lembre-se também que medidores de vazão eletromagnéticos e todos os dispositivos de medição de vazão que utilizam instrumentos secundários, tais como sensores de pressão para acionar uma válvula de controle ou enviar um sinal para uma fonte remota, devem ser inspecionados periodicamente, calibrados, reparados e / ou substituídos. A localização inadequada do medidor em si, do sensor secundário ou de dispositivos de leitura pode resultar em erros de medição e custos ocultos.
Eu realmente preciso aprender sobre meus medidores de vazão para estar no controle, permanecer no controle, operar com segurança e manter o custo da minha operação o mais baixo possível?
Simplificando, sim. Esperamos que esta discussão tenha ajudado a reforçar esta ideia. Agora vá hoje e verifique os seus dispositivos de fluxo!
O que eu preciso considerar se eu quiser usar um medidor de vazão para um gás, se ele tiver sido calibrado para outro?
Um dos problemas mais comuns, observados em indústrias de tratamento térmico é que o pessoal operacional e de supervisão não está ciente das consequências de um medidor de vazão que tenha sido calibrado para uso com um gás, enquanto outro gás flua através dele. Quando se alteram os gases, a mudança na gravidade específica dos dois gases é o principal fator que deve ser levado em consideração. A gravidade específica é a relação entre a densidade do gás e a densidade do ar seco (a temperatura e pressão padrões, 25°C e 14,7 psi).
A Tabela 1 apresenta um gráfico de conversão rápida. Para calcular a taxa de fluxo real do gás a ser medido, multiplique a leitura da escala indicada no medidor de vazão pelo fator mostrado na tabela.
A equação (1) nos permite calcular o fluxo real quando uma mudança na gravidade específica ocorre.
Equação 1
Onde:Fa = fluxo real;Fi = fluxo indicado na leitura da escala;SG2 = gravidade específica do gás a ser utilizado no medidor de vazão;SG1 = gravidade específica para o qual foi calibrado.
Como faço para compensar as mudanças de pressão e temperatura?
Uma mudança na temperatura e / ou pressão do gás para o qual o medidor foi calibrado irá causar um erro grave na leitura da escala indicada. No entanto, há uma maneira fácil de calcular o efeito dessas mudanças.
Compensação de temperatura
A equação (2) nos permite calcular o fluxo real, quando uma mudança na temperatura ocorre.
Equação 2
Onde:Fa = fluxo real;Fi = fluxo indicado na leitura da escala;T1 = temperatura para o qual foi calibrado + 460 (sistema Inglês) ou temperatura para o qual foi calibrado + 273 (sistema métrico);T2 = nova temperatura + 460 (sistema Inglês) ou nova temperatura + 273 (sistema métrico).Um resumo de alguns valores comuns é mostrado na Tabela 2.
Compensação da pressão
A equação (3) nos permite calcular o fluxo real quando uma mudança na pressão ocorre.
Equação 3
Onde:
Fa = fluxo real;
Fi = fluxo indicado na leitura da escala;
P2 = nova pressão de entrada + 14,7 (sistema Inglês) ou nova pressão de entrada + 101,3 kPa (sistema métrico)
P1 = pressão de entrada para o qual foi calibrado + 14,7 (sistema Inglês) ou pressão de entrada para o qual foi calibrado + 101,3 kPa (sistema métrico).
Um resumo de alguns valores comuns é mostrado na Tabela 3.
Se for necessário compensar tanto a temperatura quanto a pressão, a equação (4) deve ser usada.
Equação 4
Referências
1. “North American Combustion Handbook, 2nd Edition”, North American Manufacturing Company, Cleveland, Ohio;
2. Braziunas, Vytas e Daniel H. Herring, “A Flowmeter Primer”, “Heat Treating Progress, Março/Abril de 2004;
3. Sr. Eric Jossart, Atmosphere Engineering Company, correspondência privada.
