Metodologia para a seleção de um medidor de vazão de líquidos

Publicado: 19 de julho de 2016 em Assuntos Técnicos
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Introdução

 

A medição de vazão é um fator relevante no processo produtivo das empresas, pois possibilita o exercício de atividades de controle e medição de processos e a avaliação do desempenho de equipamentos que utilizam líquidos ou gases. No campo da metrologia legal financeira, sua importância só é inferior à da medição de massa.

Apesar de sua importância, este setor tecnológico é pouco estudado ou divulgado. Quando se pretende selecionar um medidor, defronta-se com uma série de problemas, sendo que o maior está na existência de um número muito grande de modelos e princípios de funcionamento representando uma enorme diversidade de soluções de instalação, condições de utilização, dimensões, tipos de fluídos que podem ser medidos, confiabilidade e custos.

As dúvidas quanto ao peso de cada um desses fatores surgem no momento em que se inicia um processo de escolha (seleção) de um medidor, quando o encarregado da seleção não possui um conhecimento abrangente do assunto, além de não encontrar literatura organizada que o auxilie neste processo.

Este trabalho pretende estabelecer uma metodologia para a seleção e correto dimensionamento de um medidor de vazão. Assim, são apresentadas e esclarecidas: definições e termos de uso corrente no setor de medição de vazão; roteiro organizado que estabelece uma série de passos a serem seguidos no processo de escolha de um medidor; classificação dos medidores com breves comentários acerca dos tipos mais comuns e uma tabela que pode servir de auxílio rápido na seleção. Finalizando, são apresentadas as tendências e perspectivas quanto à utilização dos diversos tipos de medidores no Brasil e exterior.

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Processo de seleção de medidores de vazão

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Os medidores de vazão são instrumentos frequentemente utilizados de modo incorreto. No momento de sua instalação e uso deve-se perguntar:

  • qual a influência da variação da viscosidade na resposta do medidor?
  • qual o trecho reto necessário?
  • qual a previsão para uma nova calibração?
  • que equações e correções devem ser utilizadas no cálculo?

A grande parte destas questões podem ser dadas respostas através de ensaios de laboratório, os quais são absolutamente necessários no setor industrial que movimenta fluidos.

A calibração de medidores, particularmente no caso de fluidos de alto valor unitário, deve ser feita antes da instalação e a períodos determinados de utilização. Não se admitem erros cometidos no passado, como deixar um medidor instalado durante anos em uma linha sem que haja inspeções e calibrações regulares. A falta de laboratórios adequados no país vem lentamente sendo coberta por fabricantes de medidores e algum esforço governamental.

Quando se trata de iniciar um processo de escolha de um medidor de vazão, um grande problema é a ausência de método de seleção, provocada não só pelo desconhecimento do assunto, como também pela própria complexidade do tema.

Inicia-se o processo de seleção pelo conhecimento e consideração das muitas variáveis que influenciam a escolha. Devem ser  considerados os seguintes fatores:

  • desempenho;
  • efeitos das propriedades dos fluidos;
  • considerações sobre a instalação;
  • efeitos ambientais;
  • fatores econômicos.

Dentro destes fatores, devem ser efetuadas as considerações descritas a seguir.

Desempenho:

  • exatidão;
  • repetitividade;
  • reprodutibilidade;
  • linearidade;
  • faixa de vazão abrangida;
  • perda de carga;
  • características do sinal de saída;
  • tempo de resposta;
  • necessidade de vazão instantânea ou de totalização.

Efeitos das propriedades dos fluidos:

  • temperatura e pressão;
  • densidade;
  • viscosidade;
  • capacidade de lubrificação;
  • propriedades químicas;
  • tensão superficial;
  • compressibilidade;
  • abrasividade;
  • presença de outros gases ou componentes.

Instalação:

  • orientação;
  • direção do escoamento;
  • trechos retos necessários a montante e a jusante;
  • dimensões da tubulação;
  • localização;
  • efeitos de vibração local;
  • localização de válvulas;
  • conexões elétricas;
  • necessidade de acessórios;
  • proximidade das fontes de potência;
  • efeito de pulsações.

Efeitos ambientais:

  • efeitos da temperatura ambiente;
  • efeitos de umidade;
  • fatores de segurança;
  • condicionamento e transmissão dos sinais;
  • efeitos de pressão;
  • atmosfera;
  • interferência elétrica.

Fatores econômicos:

  • preço de compra;
  • custo de instalação;
  • custo de operação;
  • custo de manutenção;
  • custo de calibração;
  • vida útil;
  • sobressalentes e obsolescência;
  • aspectos de confiabilidade;
  • perdas de carga e aumento de potência associada necessária.

Uma vez delineada a maioria destes fatores, pode-se recorrer a catálogos de fabricantes e iniciar o processo de escolha de um medidor específico.

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Classificação dos medidores de vazão

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Os medidores de vazão podem ser classificados segundo várias concepções, sendo a mais abrangente aquela utilizada na norma da ABNT “Medidores de Vazão de Fluidos – Classificação”. Desta classificação, serão abordados os principais tipos de medidores, com comentários sobre suas principais características.

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Figura 1 - Classificação dos medidores de vazão

 Figura 1 – Classificação dos medidores de vazão

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Medidores de vazão instantânea

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Medidores de pressão diferencial

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Os medidores deste grupo empregam elementos primários que introduzem uma restrição na tubulação capaz de provocar um diferencial de pressão, sendo que esta diferença de pressão é proporcional ao quadrado da vazão instantânea na tubulação.

Esta diferença de pressão é normalmente medida através de manômetros de coluna em  “U” ou através de transdutores de pressão. Pelo fato de haver uma relação quadrática, há uma limitação de vazão para estes medidores, dentro de uma faixa de vazão de 4 para 1 (ou seja, um medidor opera na faixa de 2,5 a 10 m³/s, por exemplo), o que implica que se deve dispor de um medidor de pressão com faixa de atuação de 16 para 1, difícil de se obter em um único instrumento.

Os medidores de pressão diferencial podem ser utilizados em uma vasta variedade de aplicações para a medição de vazão, incluindo fluidos viscosos e sujos e uma faixa muito grande de vazões, pressões, temperaturas e diâmetros de tubulação.

Este grupo apresenta uma série de medidores muito utilizados, sendo alguns destacados a seguir.

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Placa de Orifício

As placas são os mais simples e difundidos medidores de vazão, devido ao fato de serem fáceis de construir, não haver necessidade de calibração (a menos que se deseje conhecer a incerteza de medição abaixo de 1%), serem de simples instalação e poderem ser dimensionadas para as mais diferentes aplicações.

As placas de orifício podem ser dimensionadas de acordo com recomendações de várias entidades normalizadoras internacionais, tais como a ASME, BSI, ISO. Sugere-se que o dimensionamento das placas seja feito de acordo com a norma NBR ISO 5167- “Medição de vazão de fluidos por meio de instrumentos de pressão – Parte 1: Placas de orifício, bocais e tubos de Venturi instalados em seção transversal circular de condutos forçados”.

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Figura 2 - - Medidor por placa de orifício

Figura 2 – Medidor por placa de orifício

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As principais vantagens de sistemas de medição utilizando placas de orifício e transdutores de pressão são:

  • não existência de componentes móveis;
  • disponibilidade em larga faixa de tamanho;
  • adequação a praticamente qualquer líquido ou gás em várias faixas de temperatura, pressão e viscosidade;
  • custo praticamente independente das dimensões da tubulação;
  • instrumento bem conhecido estudado e aceito;
  • não necessidade de calibração com o fluido de trabalho (exceto quando a incerteza de medição for menor que 1%);
  • simplicidade.

As suas principais desvantagens são:

  • resposta quadrática;
  • faixa de vazão de 4 para 1;
  • exatidão diminui com desgaste;
  • exatidão muito afetada por perfis de velocidade não plenamente desenvolvidos em sua entrada, em outras palavras, não se pode colocar placas sem um trecho reto adequado de tubulação a montante;
  • perda de carga alta (entre 50 e 80% do diferencial gerado);
  • faixa de vazão afetada por efeitos de viscosidade;
  • o custo de instalação é relativamente alto.

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Tubo de Venturi

O tubo de Venturi possui o mesmo princípio de funcionamento que a placa de orifício e, como tal, apresenta uma série de semelhanças de conceitos e desvantagens em relação à placa.

As principais diferenças são que o Venturi:

  • proporciona uma perda de carga muito menor que a placa;
  • é mais adequado que a placa para medição de fluidos que contenham sólidos em suspensão;
  • tem aplicação mais restrita devido ao maior comprimento, peso e complexidade, resultando em um custo maior de fabricação.

Os tubos de Venturi também são normalizados segundo a norma NBR ISO 5167.

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Figura 3 - Medidor tubo de Venturi

Figura 3 – Medidor tubo de Venturi

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Bocal

.Valem aqui as observações gerais feitas com relação às placas de orifício. São bastante dispendiosos quanto à manufatura, porém, mantêm a curva de calibração por longos períodos, uma vez que não possuem cantos vivos que possam ser desgastados. A sua perda de carga é aproximadamente igual à das placas de orifício.

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Figura 4 - - Medidor tipo bocal

Figura 4 – Medidor tipo bocal

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Tubo de Dall

São instrumentos semelhantes aos tubos de Venturi, onde, ao invés da garganta cilíndrica destes, possuem uma “canaleta” circunferencial responsável pela tomada de pressão. Apesar de sua manufatura ser mais cara que a placa de orifício, produzem uma perda de carga ainda menor que a de tubos de Venturi.

Figura 5 - Medidor tipo tubo Dall

Figura 5 – Medidor tipo tubo Dall

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Tubo de Pitot multifuros

É um dispositivo que, introduzido na tubulação, permite a medição de vazão através da diferença de pressão entre tomada de pressão a jusante. Tem a forma de um tubo de pequeno diâmetro, montado transversalmente na tubulação, com a vantagem de provocar uma perda de carga menor que a de uma placa de orifício correspondente. Outra vantagem ponderável está no fato de serem facilmente instalados, não necessitando de flanges ou corte de tubulação. Possui, como os outros medidores anteriores, uma forte dependência do perfil de velocidade a montante.

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Figura 6 - Tubo de Pitot multifuros

Figura 6 – Tubo de Pitot multifuros

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Medidores Eletromagnéticos

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Estes medidores consistem em um tubo não magnético, coberto com material isolante, onde se produz um campo magnético através do duto e, como o líquido deve ser condutor, é produzida uma força eletromotriz entre os dois eletrodos do medidor, segundo a Lei de Faraday de indução eletromagnética. Esta força é amplificada em um conversor e fornece um sinal de corrente linear com a vazão.

Este tipo de medidor é muito apropriado para a medição de líquidos contendo sólidos, lamas, polpas e líquidos condutores em geral. Não oferece nenhuma restrição à passagem dos fluidos, tendo uma perda de carga equivalente à de um duto com o mesmo comprimento ocupado pelo medidor.

Entre as principais vantagens, pode-se citar:

  • ausência de partes móveis;
  • não oferece nenhuma obstrução à passagem do fluido e, portanto, a perda de carga é desprezível;
  • quimicamente compatível com virtualmente todos os líquidos;
  • adequado para uso com lamas ou líquidos abrasivos e não lubrificantes;
  • não afetado por viscosidade, pressão, densidade, condutibilidade térmica etc.;
  • sinal de resposta linear;
  • ampla faixa de tamanho e vazões;
  • o custo não aumenta tão rapidamente com o tamanho, como acontece com outros medidores;
  • escoamento pode ser bidirecional;
  • indicado para ser usado tipicamente em medição de líquidos corrosivos, altas vazões, fluidos com matéria em suspensão.

Como principais limitações tem-se:

  • o líquido precisa ser eletricamente condutivo;
  • preço mais elevado em comparação com outros medidores, especialmente para tamanhos pequenos;
  • necessita de suprimento para energia elétrica;
  • não recomendado em áreas de riscos;
  • o sinal de saída pode derivar com o passar do tempo;
  • pode ser influenciado por assimetrias do perfil de escoamento;
  • limitações quanto à temperatura máxima;
  • necessita calibração;
  • alguns problemas com eletrodos ainda não foram satisfatoriamente resolvidos.

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Figura 7- Medidor eletromagnético

Figura 7– Medidor eletromagnético

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Medidor ultrassônico

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Os medidores de vazão ultrassônicos são utilizados para líquidos e lodos, destacando-se dois modelos: o de tempo de trânsito e por efeito Doppler.

O primeiro, o de tempo de trânsito, é constituído por dois ou mais transdutores montados obliquamente na tubulação, onde os tempos de trânsito de um sinal ultrassônico para ir de um transdutor a outro e depois retornar, são comparados, e a diferença é proporcional à vazão. Não é adequado para uso em tubulações menores que 100 mm de diâmetro.

O segundo, por efeito Doppler, é não intrusivo, sendo fixado sobre a tubulação, e transmite um feixe ultrassônico pulsante para o fluido. Este feixe é refletido nas partículas ou bolhas de ar do fluido, o que provoca uma interferência na frequência inicial, sendo que esta interferência é proporcional à vazão. Tem a vantagem de não ser necessário cortar, furar, ou interromper a tubulação para ser instalado, porém é fortemente influenciado pelo perfil de velocidades e forma das partículas no ponto de medição.

Estes medidores possuem a maior parte das vantagens de um medidor eletromagnético, com poucas limitações adicionais, exceto o medidor por efeito Doppler que possui características ainda ruins quanto à reprodutibilidade de medições.

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Figura 8- Medidor ultrassônico por tempo de trânsito

Figura 8– Medidor ultrassônico por tempo de trânsito

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Figura 9 - Medidor ultrassônico por efeito Doppler

Figura 9 – Medidor ultrassônico por efeito Doppler

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Medidor tipo Turbina

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Este medidor consiste em um rotor com pás inclinadas, suportado entre dois mancais no interior de uma carcaça, girando axialmente em relação à tubulação. O escoamento do fluido gira o rotor à velocidade angular diretamente proporcional à vazão volumétrica do fluido.

Embora a teoria básica seja simples, o projeto e controle de qualidade de pequenos detalhes é complexo e determina a confiabilidade deste instrumento. Dentre estes detalhes, pode-se citar: ângulo das pás, forma e rigidez dos mancais, número de pás, forma do retificador de escoamento acoplado, tolerância de fabricação e usinagem. Possui uma grande versatilidade de aplicações, sofrendo restrições quanto à sua utilização em fluidos sujos ou viscosos.

Dentre as suas principais vantagens, pode-se citar:

  • alta exatidão;
  • excelente repetitividade;
  • faixa de vazão típica de 20:1, podendo chegar a 100:1;
  • adequado para trabalho em condições severas;
  • adequado para trabalho em praticamente qualquer pressão e em ampla faixa de temperaturas (é muito utilizado em criogenia);
  • ampla faixa de tamanhos;
  • alta confiabilidade;
  • sinal de resposta linear e com alta resolução;
  • resposta rápida;
  • tamanho e peso pequenos;
  • instalação relativamente simples.

Dentre as desvantagens pode-se citar:

  • não é adequado para alta viscosidade;
  • curva de resposta muito afetada por variações de viscosidade;
  • necessita calibração;
  • danifica-se quando trabalha em sobre velocidade;
  • relativamente caro;
  • componente móvel, com possibilidade de desgaste;
  • muito afetado por condições do escoamento a montante;
  • necessita de uma unidade de leitura secundária (contador);
  • é necessária, muitas vezes, a filtragem de partículas que possam existir no fluido.

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Figura 10 - Medidor tipo turbina

Figura 10 – Medidor tipo turbina

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Medidor tipo vórtice (Vortex)

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Este medidor é baseado no princípio da formação de vórtices gerados pela passagem do fluido em um obstáculo não concordante com as linhas de corrente deste fluido. Sensores instalados neste obstáculo detectam a frequência de formação destes vórtices, a qual é diretamente proporcional à vazão. Vários tipos de sensores são utilizados para a detecção desta frequência.

Dentre as principais vantagens, pode-se citar:

  • baixo custo de instalação;
  • boa exatidão;
  • boa repetitividade a longo tempo;
  • ampla faixa de vazão em geral;
  • manutenção mínima, pelo fato de não possuir partes móveis;
  • curva de resposta e temperatura dentro das faixas de trabalho;
  • instalação relativamente simples.

Apresenta como limitações:

  • não adequado para fluidos com sujeira ou abrasivos;
  • não adequado para líquidos viscosos;
  • faixa de tamanho limitada (50 a 150 mm de diâmetro);
  • máxima pressão e temperatura;
  • perda de carga relativamente alta (comparável à de um tubo Venturi);
  • resolução limitada.

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Figura 11 - Medidor tipo Vórtice (Vortex)

Figura 11 – Medidor tipo Vórtice (Vortex)

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Medidores de vazão de área variável (rotâmetros)

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Nestes medidores (rotâmetros), o fluido escoa por um tubo cônico, vertical, de baixo para cima, no qual há um flutuador. Como o peso do flutuador é constante, o aumento da vazão requer um aumento da área livre de escoamento, uma vez que a perda de carga no flutuador permanece constante. Desta forma, a posição do flutuador é uma indicação da vazão.

Estes medidores são amplamente utilizados em processos industriais simples, onde há a necessidade de observação instantânea da vazão. São muito adequados para baixas vazões, onde apresentam uma excelente relação entre desempenho e custos. Apresentam ainda, uma boa independência das condições do perfil de velocidade em sua entrada.

Como desvantagens pode ser citadas:

  • dependência do valor lido de vazão com a viscosidade e densidade do líquido;
  • o custo elevado para tubulações de diâmetro grande (próximo de 50mm);
  • necessidade de uma nova calibração para a utilização de fluidos diferentes daquele com o qual o rotâmetro foi calibrado;
  • faixa de incerteza de medição é relativamente grande.

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Figura 12 - Medidor tipo rotâmetro

Figura 12 – Medidor tipo rotâmetro

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Medidor de vazão tipo turbina multijato

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Este medidor possui um rotor com pás, e seu eixo gira perpendicularmente ao eixo da tubulação, sendo acionado por jatos tangenciais às pás. Os jatos são produzidos por uma série de furos localizados circunferencialmente no estator.

São amplamente utilizados na medição do consumo de água doméstica e industrial. São bem mais robustos e baratos que os medidores tipo turbina com eixo axial à tubulação.

As desvantagens relacionam-se à limitação de faixa de tamanho, limitação de vazão, dificuldade na obtenção do sinal a distância (o que é possível, porém caro) e incerteza de medição relativamente alta.

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Figura 13 - Medidor tipo turbina multijato

Figura 13 – Medidor tipo turbina multijato

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Medidor de vazão tipo turbina Woltman

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Este medidor segue as características gerais dos medidores de turbina do tipo multijato, com a vantagem de abrangerem uma boa faixa de vazões, dentre as quais as de interesse de setores industriais. Como característica notável, destaca-se a boa relação entre a vazão máxima e mínima para um mesmo medidor.

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Figura 14 - Medidor tipo turbina Woltman vertical

Figura 14 – Medidor tipo turbina Woltman vertical

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Medidor tipo turbina Woltman horizontal

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Também segue as características gerais dos medidores tipo turbina multijato, com uma perda de carga pequena e da possibilidade de ser instalado em grandes diâmetros e altas vazões.

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Figura 15 - Medidor tipo turbina Woltman horizontal

Figura 15 – Medidor tipo turbina Woltman horizontal

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Medidor de vazão mássica

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Caracteriza-se por fornecer indicação direta da vazão em massa passante pelo instrumento, o que elimina a necessidade de medição de viscosidade, densidade, temperatura e pressão. Por isto é muito adequado à medição de líquidos, pastas e líquidos com material em suspensão.

Há diversas concepções de instrumentos que são utilizados para a medição direta de massa. Entre os mais comuns destacam-se os descritos a seguir.

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Medidor por força de Coriolis

Consiste em um tubo em “U” vibrante pelo interior do qual passa o fluido a ser medido. A passagem do fluido produz um movimento torcional ocasionado pela aceleração de Coriolis devido a forma do tubo. A amplitude deste movimento torcional é proporcional à vazão em massa. Estes medidores medem vazões na faixa de 0,04 a 80 kg/s, à pressão de até 70 bar e temperatura de até 125 °C .

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Figura 16 - Medidor mássico tipo Coriolis

Figura 16 – Medidor mássico tipo Coriolis

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 Medidor por momento angular

Consiste em um rotor que se move à velocidade constante, imprimindo um torque ao fluido que passa logo a seguir por uma turbina ligada a uma mola. O ângulo com que esta turbina se desloca é proporcional à vazão mássica. São medidores caros e medem na faixa de 0,25 a 40 kg/s, com faixa de medição de 10:1 e incerteza de medição de ±1%.

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Figura 17 - Medidor por momento angular

Figura 17 – Medidor por momento angular

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Medidor de vazão mássica por pressão diferencial

Estes medidores, utilizam diversos medidores de pressão diferencial (como placas, bocais e Venturis) ligados em uma distribuição semelhante à de uma ponte de Weathstone, e fornecem uma indicação de pressão entre pontos determinados do circuito. São muito pouco usados no Brasil.

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Figura 18 - Medidor de vazão por pressão diferencial

Figura 18 – Medidor de vazão por pressão diferencial

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Medidores volumétricos

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Esta categoria de medidores, por vezes denominados de deslocamento positivo, compreende medidores que têm como princípio geral passar o fluido a ser medido por uma ou várias câmaras com volume conhecido, em percurso sequencial dentro do medidor.

A indicação de leitura destes medidores fornece sempre um valor direto do volume do fluido passante, em um determinado intervalo de tempo. Geralmente, estes medidores não fornecem uma leitura da vazão instantânea. A seguir, são relacionados alguns tipos de medidores volumétricos, que são os mais comuns.

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Medidor de disco nutante

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Nos medidores de disco nutante, as câmaras de medição são determinadas pelos espaços compreendidos entre paredes fixas e paredes móveis, representadas pelo movimento oscilante de um disco montado na região equatorial de uma esfera. O fluido é confinado entre as paredes da câmara, e a cada rotação o volume que passa é igual ao volume interno da câmara.

São empregados em tubulações de diâmetro pequeno, requerem pouca manutenção e suportam alguma impureza no fluido. Podem ser fabricados para a medição de óleos combustíveis, óleos vegetais, gasolina, suco de fruta etc. A sua performance é bastante afetada por mudanças de viscosidade, o que torna necessária a calibração para o fluido específico em que irá trabalhar.

A faixa de vazão destes medidores é bastante variável, porém podem ser feitas medições entre 170 L/h a 230 m³/h para diâmetros de tubulação variando de 20 a 150 mm.

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Figura 19 - Medidor volumétrico de disco nutante

Figura 19 – Medidor volumétrico de disco nutante

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Medidor tipo pistão rotativo

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Este medidor possui um cilindro com um rasgo, que gira excentricamente dentro da carcaça do medidor. Este movimento excêntrico determina a formação de um espaço variável, determinando a câmara de medição e deslocando um volume definido de fluido a cada rotação.

Podem ser utilizados para medição de vazão de diversos líquidos, como água, derivados de petróleo, óleos comestíveis etc.

A temperatura máxima de operação situa-se em torno de 150 °C, e podem ser encontrados modelos que suportam pressões de até 20 kgf/cm².

Estes medidores podem ser encontrados com diâmetros de 20 a 100 mm, medindo vazões de até 48.000 L/h; necessitam, geralmente, de um filtro na entrada, para evitar problemas de desgaste ocasionados por partículas de grande tamanho relativo. Têm repetitividade de medição ao redor de ±1%.

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Figura 20 - Medidor tipo pistão rotativo

Figura 20 – Medidor tipo pistão rotativo

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Medidor tipo engrenagens (ovais ou cilíndricas)

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Estes medidores são constituídos, basicamente, por uma carcaça e um par de engrenagens (ovais ou cilíndricas). As engrenagens, ao girarem, formam a câmara de medição junto com as paredes da carcaça. Cada rotação desloca um volume determinado. São indicados para a medição de diversos líquidos, como ácidos, gorduras, sucos, álcoois, solventes, polímeros, vernizes, tintas, óleo etc. Os medidores devem ter o projeto adaptado para as condições de operação e propriedades dos líquidos que estão sendo medidos.

São indicados, devido às suas características, para medição de fluidos altamente viscosos. Têm perda de carga pequena, quando comparados a outros medidores de deslocamento positivo.

São encontrados para funcionamento em amplas faixas de trabalho, podendo ser fabricados para temperaturas máximas de 80 °C (com fabricação normal) ou até 290 °C (especial).

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Figura 21 - Medidor de vazão tipo engrenagens (ovais ou cilíndricas)

Figura 21 – Medidor de vazão tipo engrenagens (ovais ou cilíndricas)

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Medidor tipo palhetas rotativas e deslizantes

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Existem dois tipos básicos destes medidores: o de rotor excêntrico e o de rotor concêntrico.

O de rotor excêntrico possui um rotor montado excentricamente em relação a carcaça, e à medida que gira, as palhetas deslizantes determinam câmaras de medição em contato com a carcaça. As palhetas são mantidas nesta posição por molas.

No outro tipo de medidor de palhetas, o rotor e cacarça são concêntricas e o movimento das palhetas é determinado por um mecanismo do tipo came e seguidor. Neste modelo, as câmaras tem volume constante (no primeiro caso há uma ligeira variação de volume durante o processo) e conseguem repetitividade da ordem de 0,05%.

A perda de carga média máxima situa-se ao redor de 0,8 kgf/cm², cobre extensas faixas de vazão, pressão e temperatura.

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Figura 22 - Medidor de vazão tipo palhetas rotativas ou deslizantes

Figura 22 – Medidor de vazão tipo palhetas rotativas ou deslizantes

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Medidores de pistão recíproco

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Estes medidores têm dois ou mais pistões (até 5) que determinam câmaras de medição com movimentos alternativos comandados por válvulas. São indicados para medição de baixas vazões (de 10-6 a 10-2 m³/s), com boa exatidão, (dentro de ±1%), e altas temperaturas (150 °C) e pressões moderadas de 106 Pa.

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Figura 23 - Medidor de vazão tipo pistão recíproco

Figura 23 – Medidor de vazão tipo pistão recíproco

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Tendências e perspectivas

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Os aspectos de tendência, quanto à utilização de determinados tipos de medidores de vazão, são também importantes na seleção. Pode significar uma crescente confiança do mercado quanto a um determinado tipo de medidor ou, ainda, uma tendência de obsolescência que pode acarretar problemas futuros de falta de assistência técnica e sobressalentes.

Não há no país, estatísticas que mostrem dados do mercado, sendo que trabalhos mais recentes descrevem o mercado inglês, e podem ser utilizados como parâmetros de referência para a realidade brasileira.

Na Tabela 1 é apresentada a distribuição dos tipos de medidores utilizados nos últimos 10 anos na Inglaterra, segundo Hasley, D.M.[1]

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Tabela 1 – Porcentagens do número de medidores instalados em relação à idade da instalação

Tabela 1

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Este quadro reflete as tendências do mercado inglês, porém pode servir de alguma orientação no Brasil que, cedo ou tarde, acaba sofrendo os reflexos da forma de utilização da tecnologia das nações desenvolvidas.

Observa-se que as placas de orifício dominam amplamente o mercado, mas estão em tendência de declínio (embora não se espere que a sua participação no mercado caia abaixo de 40%).

Os medidores de deslocamento positivo, rotâmetros e de turbinas são estáveis na Inglaterra, porém, no Brasil deverá haver uma tendência de crescimento na utilização dos medidores de turbina, especialmente para utilização com gás.

Os medidores eletromagnéticos têm aumentado sua participação no mercado inglês, tendência que deverá se manifestar também no Brasil.

Os medidores tipo vórtice estão em processo de expansão, e o mercado ainda é uma incógnita. Pode haver, no entanto, um rápido crescimento, devido as boas características deste medidor.

Desta pesquisa obtiveram-se, ainda, dados importantes referentes à opinião dos usuários sobre os medidores  instalados em suas plantas, os quais são descritos a seguir.

Os medidores que mais satisfazem os usuários em relação ao binômio custo-benefícios são, supreendentemente, os rotâmetros (talvez por causa da indicação direta e baixo custo), seguido de perto pelas placas de orifício e um pouco a distância pelos de deslocamento positivo, ultrassônicos e turbina. Os de pior relação são os que medem massa.

Dentre os fatores mais importantes na seleção de um medidor (segundo os usuários ingleses) estão a confiança, seguida de critérios de repetitividade. Um pouco menos importante são a exatidão, a manutenção e o custo. O critério menos importante é a instalação.

De uma maneira geral, os usuários de menos de 60 medidores tendem a estar mais satisfeitos com os medidores eletromagnéticos, seguidos imediatamente por placas de orifício e rotâmetros. O medidor que julgam menos apropriado é o ultrassônico.

Entre os usuários de 60 a 600 medidores, os medidores que mais satisfazem estão os rotâmetros, seguidos dos eletromagnéticos e das placas de orifício. Os “piores” são os ultrassônicos.

Entre os grandes usuários (mais de 600 medidores), o melhor medidor, bem à frente dos demais, é o de vórtice, seguido mais atrás pelos de deslocamento positivo e placas de orifício. Os que menos satisfazem são novamente os ultrassônicos.

Dentre as expectativas de utilização futura, os três grupos pretendem continuar utilizando placas de orifício como o medidor mais comum. No grupo dos pequenos usuários, vêm bem atrás os medidores de turbina, rotâmetros e deslocamento positivo. Os medidores ultrassônicos e de massa serão, no futuro, os menos utilizados. Nos grupos dos usuários médios as placas são seguidas a distância dos rotâmetros, deslocamento positivo e turbina; os ultrassônicos e de massa serão, no futuro, os menos utilizados. No grupo dos grandes usuários, as placas de orifício serão seguidas a grande distância pelos medidores de vórtice, rotâmetros  e de deslocamento positivo; os ultra-sônicos e de massa serão, no futuro, os menos utilizados.

Entretanto o desenvolvimento da tecnologia dos medidores ultrassônicos e de massa pode levar a redução do custo destes instrumentos, possibilitando inverter essa tendência, no momento em que o custo benefício seja favorável a utilização dos mesmos.

A fim de auxiliar o processo de um medidor de vazão, a Tabela 2 apresenta, de forma resumida, as principais características dos medidores de vazão.

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Tabela 2 – Principais características de medidores de vazão

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Utilização de normas

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Para a correta instalação e utilização de medidores de vazão, sempre que possível devem ser utilizadas normas que possibilitem resolver as questões práticas e teóricas surgidas nas diversas situações, sendo que estas questões não se esgotam somente em cuidados com a especificação e instalação de medidores, mas abrangem inclusive o cálculo de incertezas envolvidas em cada medição.

A ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas – vem trabalhando no sentido de produzir normas básicas que especifiquem diversos aspectos da utilização de medidores de vazão, mas ainda é inevitável a utilização de normas internacionais. O organismo normalizador mais importante atualmente é constituído pela ISO – Internacional Standards Organization, e por este fato é sugerido que sejam obedecidas as normas emitidas por esta organização.

Abaixo é fornecida a título de orientação uma relação sucinta de normas relacionadas a medidores de vazão, inclusive com diversas referências sobre métodos de medição utilizando tubos de Pitot, as quais são extensivamente utilizadas para verificação ocasional de vazões em circuitos hidráulicos.

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Normas relacionadas à medição de vazão com placas de orifício, bocais e tubos de Venturi.

NBR ISO 5167 – Medição de vazão de fluidos por meio de instrumentos de pressão – Parte 1: Placas de orifício, bocais e tubos de Venturi instalados em seção transversal circular de condutos forçados.

ISO – TR – 3313 (1974) (E) – Measurement of pulsating fluid flow in pipe means of plates, nozzles and Venturi tubes.

BS 1042 – Section 1.1 – Specification for square-edged orifice plates, nozzles or Venturi tubes insered in circular cross-section conduits running full.

BS 1042 – Section 1.2:1984 – Measurement of fluid flow in closed conduits: Part 1 – Pressure differential devices. Section 1.2 – Specification for square-edged orifice plates and nozzles (with drain holes, in pipes below 50 diameter, as inlet and outlet devices) and other orifice plates and borda inlets.

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Normas relacionadas à estimativas de incertezas nas medições

BS 5497: Part 1:1979- Precision of test methods. Part 1: Guide for the determination of repeatability and reproducibility for a standard test method.

ISO 5168 (1978) Methods of measurement of fluid flow; estimation of uncertainty of a flow rate measurement.

ISO 2602 – Statistical interpretation of test results – Estimation of the mean – Confidence interval.

ISO 2854 –Statistical interpretation of data techniques of estimation and tests relating to mean variances.

ISO/DIS 7066 – 1.2 – Assessment of uncertainty in the calibration and use of flow measurement devices. Part 1: Linear Calibration Relationships.

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Normas referentes a outros tipos de medidores

NBR 8009 – Hidromêtro taquimétrico para água fria  – vazão nominal < 15 m³/h.

NBR 8194 – Hidromêtro taquimétrico para água fria  – vazão nominal < 15 m³/h – determinação de características.

ASTM D3195 (1973) – Standard recommended practice for rotameter calibration.

ISA RP 16.5 (July 1961) Installation, operation, maintenance and instructions for glass tube variable area meters (rotameters).

ISA RP 16.6 (1961) Methods and equipment for calibration of variable area meters (rotameters).

ISA 16 1.2.3 (1959) Terminology, dimensions and safety for indicating variable area meters (rotameters).

BS 5792: 1980: Eletromagnetic flowmeters.

BS 6169: Part 1: 1981 (ISO 2714-1980) Methods for volumetric measurement of liquid hydrocarbons displacement meters systems.

BS 6169: Part 2: 1984 (ISO 2715-1981) Methods for volumetic measurement of liquid hydrocarbons turbine meter systems.

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Normas Relacionadas com medição através de tubo de Pitot

BS 1042 – Part 2 A: August 1973 – “Methods for the measurement of fluid flow in pipers” . Part 2: Pitot tubes.

BS 1042 – Part 2.1: 1983 – ISO 3966 (1977): “Measurement of fluid flow in closed conduits”. Part 2: Velocity area methods Section 2.1 – Method using Pitot static tubes.

BS 1042 – Section 1.4 (1984) – “Measurement of fluid flow in closed conduits”- Part 1: Pressure Differential Devices.

NF 10 – 101 – Mesure des Débits Instantanés des fluides.

BS 1042: Section 2.3: 1984- ISO 7194-1983 – “Measurement of fluid flow in closed conduits” – Part 2: Velocity area methods. Section 2.3. Methods of flow measurement in swirling or asymmetric flow conditions in circular ducts by means of current-meters or Pitot static tubes.

BS 1042: Section 2.2: 1983- ISO 7145-182 –“Measurement of fluid flow in closed conduits” – Part 2: Velocity area methods. Section 2.2. Methods of flow measurement of velocity at one point of a conduit of circular cross section.

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Norma relacionada a aplicação e seleção de medidores de vazão

BS 7405 : 1: 1991 – “Selection and application of flowmeters for the measurement of fluid flow in closed conduits.

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Referências

[1] Survey of industrial usage of flowmeters, Measurement and Control  – Hasley, D.M. (1986)

 

 

 

Licença Creative Commons
Esta obra, “Metodologia para a seleção de um medidor de vazão de líquidos“, de  Paulo Thiago Fracasso, Nilson Massami TairaElcimar da Silva NóbregaSandro de Almeida Motta está sob a licença Creative Commons Atribuição-NãoComercial-CompartilhaIgual 4.0 Internacional.

comentários
  1. Henrique M. disse:

    Vc poderia explicar o que é a perda de carga e qual a influência dela na medição?

    • Caro Henrique,

      esse é um assunto que eu não tenho domínio até porque o artigo técnico é de autores convidados. Mas tenho certeza que uma pesquisa básica no Google te dará as respostas que você procura.

      Boa sorte! Abraço,

      Henrique

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