Os medidores de caudal electromagnéticos são amplamente utilizados em várias indústrias para uma medição precisa do caudal, mas, como qualquer instrumento técnico, são sensíveis a factores ambientais. Compreender estes factores é crucial para garantir um desempenho ótimo e evitar potenciais avarias. Neste blogue, vamos explorar os principais factores ambientais que podem causar falhas nos medidores de caudal electromagnéticos, as causas comuns e dicas práticas de resolução de problemas.
Índice
Principais factores ambientais que conduzem a falhas nos medidores de caudal electromagnéticos
1. Campos magnéticos fortes
A capacidade dos medidores de vazão eletromagnéticos de resistir a campos magnéticos depende do projeto estrutural do sensor. Por exemplo, se o invólucro da bobina de excitação do sensor for feito de materiais não magnéticos (como alumínio ou plástico), sua capacidade de resistir à interferência do campo magnético é mais fraca. Se for feito de aço, é mais forte. Na prática, a interferência de um campo magnético forte é rara, uma vez que as instalações normalmente têm o cuidado de evitar colocar o medidor perto de campos magnéticos fortes.
2. Ondas electromagnéticas fortes
Os medidores de caudal electromagnéticos devem cumprir os requisitos de compatibilidade electromagnética, o que significa que devem funcionar normalmente no ambiente de campo eletromagnético irradiado especificado, sem causar uma deterioração do desempenho do instrumento ou provocar o seu mau funcionamento. Encontrámos casos de interferência de ondas de rádio fortes.
Estudo de caso
Numa estação de tratamento de água em Fujian, foram instalados vários medidores de caudal electromagnéticos e um deles apresentou flutuações de saída significativas. A inspeção no local revelou que a instalação estava de acordo com os requisitos, com o sensor de caudal e o conversor afastados 50 metros e ligados por um cabo blindado dentro de uma conduta metálica. O instrumento em si também estava a funcionar normalmente. No entanto, a interferência de modo comum foi medida a 1,7V. A solução inicial foi isolar eletricamente o sensor de caudal, o que reduziu o sinal de modo comum para 0,6 V, mas a flutuação da saída não melhorou significativamente.
Uma análise mais aprofundada revelou que uma forte torre de transmissão de rádio estava localizada muito perto do medidor de caudal. Para confirmar se a fonte de interferência se devia a este facto, o conversor foi temporariamente deslocado para uma posição a 3 metros de distância do sensor de caudal, e o sinal de interferência de modo comum foi reduzido para menos de 0,1mV. Embora ainda um pouco elevado, o funcionamento do instrumento tornou-se normal. A causa principal da falha era que, mesmo com várias camadas de cabos de sinal blindados, continuavam a ser introduzidas ondas electromagnéticas no instrumento.
Este exemplo mostra que, quando há uma interferência significativa de modo comum perto da instalação de um medidor de caudal eletromagnético de tipo dividido, as ondas de rádio fortes devem ser consideradas como uma fonte potencial de interferência durante a análise de avarias. Esta foi uma falha rara durante a fase de comissionamento.
3. Correntes parasitas em condutas de longa distância
Quando os medidores de caudal electromagnéticos estão devidamente ligados à terra, podem evitar a maioria das correntes parasitas na tubagem. No entanto, por vezes, mesmo quando se utiliza um fio grosso para ligar o sensor de caudal e se consegue uma ligação à terra adequada, as correntes parasitas podem ainda afetar o medidor de caudal, exigindo medidas adicionais.
Estudo de caso 1
Numa fábrica de fundição de alumínio em Shandong, foi utilizado um medidor eletromagnético DN80 para medir lamas alcalinas. O sensor de caudal tinha anéis de ligação à terra instalados em ambas as extremidades, e o sensor estava devidamente ligado à terra. No entanto, o instrumento continuou a não funcionar corretamente até ser afastado 2 metros e ter sido instalado um segundo ponto de ligação à terra para isolar a corrente parasita.
Depois de o medidor ter estado em funcionamento durante algum tempo, as flutuações do sinal de saída voltaram a aparecer. Depois de eliminar a possibilidade de flutuações de caudal e de confirmar que o próprio contador estava em boas condições, pensou-se inicialmente que o contador estava avariado. Depois de observar a situação durante vários dias, verificou-se que as flutuações de saída só ocorriam durante o turno do dia. Esta pista levou à descoberta de que a avaria era causada por uma soldadura eléctrica realizada na mesma conduta, longe do sensor de fluxo eletromagnético.
Estudo de caso 2
Numa empresa de abastecimento de água em Zhejiang, foram instalados dois caudalímetros electromagnéticos DN900. Um funcionava normalmente, enquanto o outro apresentava flutuações de até 50% FS a cada 1-2 horas. O utilizador acreditava que ambos os medidores tinham condições de funcionamento semelhantes e que a falha era causada pelo próprio medidor. As inspecções no local revelaram que duas secções de 0,5 metros de tubo de aço, bem aterradas e sem revestimento, foram instaladas imediatamente a montante e a jusante do sensor de fluxo, seguidas de tubos de aço revestidos a cimento. As ligações eléctricas e a ligação à terra estavam todas corretas e a pulsação do fluxo da tubagem foi excluída.
O conversor e o sensor estavam a cerca de 10 metros de distância. Nas proximidades encontrava-se um transformador trifásico com uma potência de várias centenas de kVA, situado a 2 metros do conversor e a 8 metros do sensor.
A falha foi analisada com duas possibilidades: (1) interferência do campo magnético do transformador de alta potência, e (2) interferência de correntes parasitas na tubulação. Para verificar se o problema era devido à interferência do campo magnético, o transformador foi desligado, mas devido à complexidade de desligar o transformador, foi adoptada uma abordagem em duas etapas. O primeiro passo foi verificar a interferência de correntes parasitas na conduta. Sem aplicar corrente de excitação, o potencial entre os dois eléctrodos foi medido e verificou-se que era uma tensão CA distorcida com um valor pico a pico de 1V. Isto confirmou que o medidor era afetado por correntes parasitas, apesar de a ligação à terra estar em vigor.
A solução consistiu em isolar eletricamente o sensor de fluxo eletromagnético, juntamente com as duas secções curtas de tubos de aço, da tubagem, assegurando que o sensor de fluxo estava ao mesmo potencial elétrico que o líquido. Após esta modificação, o medidor começou a funcionar normalmente, eliminando o impacto do campo magnético do transformador. A corrente de interferência foi medida a 60mAAC, com a corrente a fluir a montante do sensor de fluxo.
Esta solução também pode ser aplicada a condutas com correntes de proteção catódica, servindo como um método para eliminar a interferência da corrente da conduta.
4. Alterações do potencial do solo
As alterações do potencial de terra podem afetar as medições de caudal. Por exemplo, as quedas de tensão nas linhas de ligação à terra devidas a outros equipamentos podem causar alterações no potencial de terra do medidor de caudal eletromagnético, o que pode interferir com as medições, especialmente quando existe uma interferência significativa de modo comum.
5. Entrada de humidade
Os medidores de caudal electromagnéticos utilizados nas indústrias de abastecimento de água e de drenagem são frequentemente instalados em poços de medição abaixo do nível do solo, que podem ficar submersos em água da chuva que não foi drenada ou mesmo deixados submersos durante longos períodos. Mesmo quando o invólucro tem uma classificação de proteção IP67 (estanque ao pó e imersão de curta duração) ou IP68 (estanque ao pó e imersão contínua), a humidade pode muitas vezes entrar devido a juntas da caixa de terminais mal vedadas, anéis de vedação mal instalados ou diâmetros exteriores do cabo desajustados.
Para os sensores de caudal instalados no solo, se a tampa da caixa de terminais não estiver corretamente selada, a humidade pode ser arrastada através das mudanças de temperatura, levando à condensação. Se a entrada do cabo da caixa de terminais não estiver devidamente vedada, a água e a humidade podem entrar facilmente. Estes tipos de problemas são comuns.
Na construção, os cabos são por vezes acidentalmente cortados e depois reconectados com fita adesiva. Este problema pode não causar uma falha durante a operação inicial, mas com o tempo, à medida que a fita se deteriora, a humidade pode ser absorvida, reduzindo o isolamento dos cabos.
A entrada de água e humidade na caixa de terminais pode reduzir a força do isolamento e a resistência do isolamento, fazendo com que o circuito do sinal de fluxo não produza qualquer sinal de fluxo, e o circuito da bobina de excitação pode sofrer desvios ou instabilidade do ponto zero. Nestes casos, pode ser utilizado silicone ou outros materiais de vedação para vedar os pontos de ligação.
As caixas de proteção da bobina de excitação não estanques ao ar podem também absorver humidade devido ao efeito de respiração. Se a temperatura do líquido for inferior à temperatura ambiente, pode formar-se condensação na parede exterior do tubo de medição, e pode formar-se gelo se a temperatura for inferior a 0°C, causando um curto-circuito no circuito do sinal de fluxo e tornando-o ineficaz.
Estudo de caso
Numa estação de tratamento de água em Kaifeng, um medidor de caudal eletromagnético DN200 mediu a água do rio Amarelo, enquanto outro medidor DN900 mediu a água subterrânea. Dois medidores de caudal DN1000 foram ligados em paralelo para medir a água acabada. Após dois anos de funcionamento normal, descobriu-se que o caudal de água acabada era 10%-15% superior ao caudal de entrada. Após inspeção, não foram observadas quaisquer anomalias no funcionamento do contador. Foi realizado um teste de comparação com um medidor de caudal ultrassónico portátil e verificou-se que o sinal de saída dos dois medidores de caudal de água acabada era superior ao esperado. Quando os pontos zero foram verificados, apresentaram um desvio significativo. Com base na experiência adquirida, considerou-se que a avaria se devia provavelmente à entrada de água na caixa de terminais ou à humidade que afectava a bobina de excitação, conduzindo a um isolamento reduzido.
Depois de limpar a humidade e secar a caixa de terminais com um secador de cabelo, a resistência de terra do circuito da bobina de excitação foi restaurada de 5-6 MW para várias dezenas de MW e o desvio do ponto zero voltou ao normal.
A causa da falha foi o facto de o isolamento reduzido do circuito da bobina de excitação ter criado uma grande resistência de isolamento e uma resistência interna do sinal, o que causou uma interferência significativa no modo comum. O amplificador frontal do conversor não foi capaz de suprimir esta interferência, o que levou a uma deslocação do ponto zero do conversor.
Conclusão
Os medidores de caudal electromagnéticos, embora altamente fiáveis numa variedade de aplicações industriais, podem ser susceptíveis a factores ambientais que afectam o seu desempenho. Questões fundamentais como campos magnéticos fortes, interferência electromagnética, correntes parasitas nas condutas, alterações do potencial de terra e entrada de humidade podem levar a um mau funcionamento ou a medições imprecisas se não forem devidamente geridas.
Práticas de instalação eficazes, tais como assegurar uma ligação à terra adequada, utilizar blindagem para ondas electromagnéticas e vedar os conectores contra a humidade, são fundamentais para manter a precisão e a longevidade do medidor. Ao compreender e atenuar estas influências ambientais, os utilizadores podem reduzir significativamente a probabilidade de falhas operacionais e garantir medições de caudal consistentes e fiáveis em condições difíceis.
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