O medidor de caudal Coriolis revolucionou o campo da medição do caudal mássico, oferecendo uma precisão e fiabilidade sem paralelo em várias indústrias. Este guia abrangente investiga a história, os princípios de funcionamento, os designs dos tubos, a precisão, a capacidade de alcance, as considerações de dimensionamento, as vantagens, as limitações e as aplicações dos medidores de caudal Coriolis.
Índice
Breve história da medição de caudal mássico e do medidor de caudal Coriolis
A procura de uma medição exacta do caudal remonta a séculos, com os primeiros métodos a basearem-se em medições volumétricas. No entanto, a medição do caudal volumétrico é frequentemente insuficiente quando se lida com fluidos de densidades, temperaturas e composições variáveis. A necessidade de medição direta do caudal mássico tornou-se evidente, especialmente nas indústrias onde a dosagem precisa e as composições de mistura são críticas.
Na década de 1970, foi desenvolvido o primeiro medidor de caudal Coriolis prático, aproveitando o efeito Coriolis - um fenómeno físico descrito pela primeira vez por Gaspard-Gustave de Coriolis em 1835. Estes primeiros medidores eram volumosos e caros, o que limitou a sua adoção inicial. Ao longo dos anos, os avanços tecnológicos conduziram a medidores de caudal Coriolis mais compactos, precisos e económicos, tornando-os um elemento básico em indústrias como a do petróleo e gás, processamento químico, alimentação e bebidas e farmacêutica.
Os princípios do medidor de caudal Coriolis: como funcionam?
O que é um medidor de caudal Coriolis?
Um medidor de caudal Coriolis é um dispositivo de medição de caudal altamente preciso que mede diretamente o caudal mássico de um fluido, em vez de medir o seu caudal volumétrico. Ao contrário dos medidores de caudal tradicionais, os medidores Coriolis não se baseiam na velocidade do fluido ou na medição volumétrica; em vez disso, funcionam com base nos princípios do efeito Coriolis. Este efeito permite que o medidor Coriolis meça diretamente o caudal mássico, tornando-o especialmente útil em aplicações em que as alterações de densidade, viscosidade e temperatura podem afetar a precisão da medição.
Compreender o efeito Coriolis
O efeito Coriolis é uma deflexão de objectos em movimento quando estes são vistos num quadro de referência em rotação. No contexto da medição de caudal, este efeito é aproveitado através da vibração de um tubo de caudal através do qual o fluido passa. Quando o fluido se move através do tubo vibratório, provoca uma alteração no padrão de vibração devido às forças de inércia que actuam sobre o fluido - é o efeito Coriolis em ação.
Mecanismo de funcionamento
- Vibração do tubo: Uma unidade de acionamento eletromagnético faz vibrar o tubo de escoamento na sua frequência natural. Esta vibração ocorre perpendicularmente à direção do fluxo do fluido.
- Fluxo de fluido através do tubo vibratório: Quando o fluido entra no tubo vibratório, começa a interagir com a vibração do tubo.
- Deteção de mudança de fase: Os sensores situados na entrada e na saída do tubo detectam a diferença de tempo (mudança de fase) entre as vibrações nestes dois pontos.
- Cálculo do caudal mássico: A mudança de fase é diretamente proporcional ao caudal mássico do fluido. Quanto maior for o caudal mássico, maior será a mudança de fase. A eletrónica do medidor de caudal calcula o caudal mássico com base nesta mudança de fase.
- Medição da densidade e da temperatura: Muitos caudalímetros Coriolis também medem a densidade do fluido analisando as alterações na frequência de vibração, bem como a temperatura utilizando sensores de temperatura incorporados. Isto permite cálculos adicionais, como o caudal volumétrico e a análise da composição do fluido.
Desenhos de tubos do medidor de caudal Coriolis
Os medidores de caudal Coriolis estão disponíveis em vários modelos de tubos, cada um deles adequado a aplicações específicas:
1. Tubos em forma de U
Descrição: Apresenta um ou mais tubos em forma de U.
Vantagens:
- Elevada sensibilidade devido à maior deslocação causada pela forma de U.
- Eficaz para medir caudais baixos.
Limitações:
- Design mais volumoso.
- Maior queda de pressão em comparação com os tubos rectos.
Créditos fotográficos: Emerson
2. Tubos em forma de S (Omega)
Descrição: Assemelham-se à letra grega Ómega (Ω) ou a uma forma de S.
Vantagens:
- Design compacto em comparação com os tubos em forma de U.
- A estrutura equilibrada reduz o stress e prolonga a vida útil do medidor.
Limitações:
- Ligeiramente menos sensível do que os tubos em forma de U.
3. Tubos rectos
Descrição: São constituídos por um ou dois tubos rectos.
Vantagens:
- Queda de pressão mínima.
- Mais fácil de limpar, ideal para aplicações sanitárias.
- Menor risco de entupimento com fluidos viscosos ou carregados de partículas.
Limitações:
- Menos sensível a caudais baixos.
- Pode exigir um suporte mais robusto para evitar vibrações externas.
4. Tubos curvos duplos
Descrição: Incorporar dois tubos curvos paralelos.
Vantagens:
- Sensibilidade e precisão melhoradas.
- Redução dos efeitos das vibrações externas.
Limitações:
- Uma conceção mais complexa pode aumentar o custo.
Precisão do medidor de caudal Coriolis
Os medidores de caudal Coriolis são conhecidos pela sua elevada precisão na medição do caudal mássico. As gamas de precisão típicas são:
- Líquidos±0,1% a ±0,2% da leitura.
- Gases±0,5% a ±1,0% da leitura.
Factores que influenciam a precisão
- Propriedades dos fluidos: A viscosidade, a densidade e a temperatura podem afetar as medições, mas os medidores Coriolis compensam eficazmente estas variações.
- Condições de fluxo: Fluxos em redemoinho ou perfis de velocidade assimétricos podem introduzir erros. Uma instalação correta ajuda a mitigar estes problemas.
- Vibrações externas: As vibrações de equipamentos próximos podem interferir com o funcionamento do medidor. Poderão ser necessárias medidas de isolamento ou de amortecimento.
- Fluxo bifásico: A presença de bolhas de gás em líquidos ou de gotículas de líquido em gases pode afetar a precisão.
Melhorar a precisão
- Calibração: A calibração regular garante que o medidor mantém a sua precisão ao longo do tempo.
- Instalação: Seguir as diretrizes do fabricante para a instalação minimiza potenciais erros.
- Manutenção: As inspecções e a manutenção de rotina evitam a degradação do desempenho.
Rangeabilidade do Medidor de Fluxo Coriolis
Rangeabilidadetambém conhecido como rácio de redução, refere-se à gama em que o medidor de caudal pode medir com precisão os caudais. Os medidores de caudal Coriolis oferecem uma excelente capacidade de alcance, normalmente:
- Rácios de rotação: Até 100:1 para líquidos, o que significa que o caudal máximo é 100 vezes superior ao caudal mínimo que o medidor pode medir com precisão.
Vantagens da elevada capacidade de alcance
- Versatilidade: Um único contador pode cobrir uma vasta gama de caudais, reduzindo a necessidade de vários contadores.
- Rentável: Custos de instalação e manutenção mais baixos devido ao menor número de contadores necessários.
- Flexibilidade do processo: Ideal para processos com caudais variáveis.
Dimensionamento e queda de pressão do medidor de caudal Coriolis
Considerações sobre o dimensionamento
O dimensionamento adequado de um medidor de caudal Coriolis é crucial para um desempenho ótimo:
- Caudal: O contador deve ser dimensionado para lidar com o caudal máximo previsto sem exceder a sua capacidade.
- Caraterísticas do fluido: A viscosidade e a densidade afectam o funcionamento do medidor e devem ser consideradas durante o dimensionamento.
- Condições do processo: As condições de temperatura e pressão podem influenciar a seleção do material e a conceção do medidor.
Queda de pressão
- Definição: A redução da pressão à medida que o fluido passa através do medidor de caudal.
- Factores que influenciam a queda de pressão:
- Conceção do tubo: Os tubos curvos provocam geralmente maiores quedas de pressão do que os tubos rectos.
- Caudal: Caudais mais elevados aumentam a queda de pressão.
- Viscosidade do fluido: Os fluidos mais viscosos conduzem a maiores quedas de pressão.
- Mitigação:
- Dimensionamento correto: O sobredimensionamento do medidor pode reduzir a queda de pressão, mas pode afetar a precisão em caudais baixos.
- Seleção de tubos: A escolha de um design de tubo reto pode minimizar a queda de pressão.
Vantagens e limitações do medidor de caudal Coriolis
| Vantagens | Limitações |
|---|---|
| – Medição direta do caudal mássico: Sem necessidade de compensação adicional de temperatura ou pressão. | – Custo inicial elevado: Mais caro do que outros tipos de caudalímetros. |
| – Elevada precisão: Excelente para transferência de custódia e aplicações críticas. | – Sensível a vibrações externas: Pode exigir considerações de instalação. |
| – Medição multi-variável: Pode medir simultaneamente o caudal mássico, a densidade e a temperatura. | – Queda de pressão: Pode ser significativo, especialmente em medidores mais pequenos com tubos curvos. |
| – Sem partes móveis: Baixa manutenção e longa vida útil. | – Limitações de tamanho: Menos prático para tubagens de diâmetro muito grande. |
| – Independência de fluidos: Adequado para líquidos, gases e lamas. | – Requisitos de instalação: Necessita de tubagens rectas e de suporte para minimizar as vibrações. |
Aplicações do medidor de caudal Coriolis
Os medidores de caudal Coriolis são instrumentos versáteis utilizados numa vasta gama de indústrias:
1. Petróleo e gás
- Transferência de custódia: A sua elevada precisão torna-os ideais para a transferência de propriedade de fluidos.
- Operações de mistura: Uma medição precisa garante proporções de mistura corretas.
- Medições da cabeça do poço: Adequado para caudais multifásicos com configurações adequadas.
2. Química e petroquímica
- Monitorização da reação: A medição exacta do caudal mássico é fundamental para a estequiometria da reação.
- Processamento em lote: Garante a qualidade consistente do produto através da dosagem exacta dos ingredientes.
- Fluidos corrosivos: Os materiais compatíveis podem suportar produtos químicos agressivos.
3. Alimentação e bebidas
- Processos higiénicos: Os modelos de tubo reto permitem uma limpeza e esterilização fáceis.
- Medida do ingrediente: Dosagem exacta de aromas, corantes e aditivos.
- Produção de bebidas: Controlo dos xaropes e concentrados.
4. Produtos farmacêuticos
- Dosagem de precisão: Essencial para os ingredientes farmacêuticos activos (API).
- Aplicações estéreis: Desenhos que respeitam as normas sanitárias.
- Investigação e desenvolvimento: A elevada exatidão ajuda no dimensionamento do processo.
5. Água e águas residuais
- Dosagem de produtos químicos: Medição exacta dos produtos químicos de tratamento.
- Manuseamento de lamas: Adequado para medir lamas com densidades variáveis.
- Monitorização dos efluentes: Cumprimento da regulamentação ambiental.
6. Pasta e papel
- Agentes branqueadores: Medição exacta de produtos químicos como o cloro e o peróxido.
- Revestimentos e aditivos: Assegurar uma qualidade constante dos produtos.
- Processamento de licor negro: Lida eficazmente com fluidos de alta viscosidade.
Os medidores de caudal Coriolis representam o auge da tecnologia de medição de caudal, oferecendo uma medição direta do caudal mássico com elevada precisão e fiabilidade. A sua capacidade de lidar com uma vasta gama de fluidos, desde gases a líquidos viscosos e lamas, torna-os uma ferramenta inestimável em numerosas indústrias. Embora tenham custos iniciais mais elevados e certas considerações de instalação, os benefícios ultrapassam frequentemente estas limitações, especialmente em aplicações críticas em que a precisão é fundamental.
Quer esteja envolvido no processamento químico, petróleo e gás, produção alimentar ou em qualquer indústria que exija uma medição precisa do caudal, a compreensão das capacidades e considerações dos medidores de caudal Coriolis ajudará a tomar decisões informadas para as suas necessidades de medição do caudal.
Deixar um comentário