Os medidores de caudal são instrumentos especializados utilizados para medir o caudal de fluidos, amplamente aplicados em domínios industriais e científicos. Este artigo apresenta uma demonstração animada e breves descrições dos princípios de funcionamento de 11 medidores de caudal industriais de utilização comum. Estes dispositivos utilizam princípios da mecânica, eletricidade, termodinâmica e outras disciplinas, oferecendo um apoio técnico essencial à produção industrial e à investigação científica.
1. Medidor de caudal de turbina
A velocidade de rotação da turbina é diretamente proporcional à velocidade de escoamento do fluido dentro de um intervalo específico. À medida que o fluido flui, faz a turbina rodar. A velocidade de rotação é convertida em sinais de impulsos eléctricos, que são apresentados num instrumento secundário, reflectindo com precisão o caudal do fluido.
2. Rotâmetro (Medidor de caudal de área variável)
O fluido entra no tubo cónico a partir do fundo, empurrando o flutuador para cima. O flutuador está sujeito à pressão dinâmica do fluxo ascendente, à flutuabilidade devida ao fluido deslocado e à força gravitacional descendente do seu próprio peso. À medida que o caudal se altera, as forças que actuam no flutuador ajustam-se em conformidade. Quando estas forças atingem o equilíbrio, o flutuador estabiliza numa posição específica dentro do tubo. Para um determinado modelo, a posição do flutuador corresponde a um caudal específico, conforme calibrado pela escala do tubo ou pelo sistema de medição eletrónico. Isto permite que o caudal seja lido diretamente, proporcionando um método fiável e preciso para a monitorização contínua do caudal.
3. Medidor de caudal eletromagnético
Medidores de caudal electromagnéticos funcionam com base na lei de Faraday da indução electromagnética, em que uma tensão proporcional à velocidade do fluxo é induzida à medida que um fluido condutor se move através de um campo magnético. Os eléctrodos detectam esta tensão, que o transmissor processa para determinar o caudal volumétrico. Sem partes móveis, estes medidores são altamente fiáveis, de baixa manutenção e ideais para líquidos condutores como água, águas residuais e fluidos corrosivos, oferecendo versatilidade e durabilidade em várias aplicações industriais.
4. Medidor de caudal de vórtice
Os medidores de caudal de vórtice utilizam o princípio da oscilação do fluido. Quando o fluido passa por um corpo de bluff no medidor, são gerados vórtices alternados a jusante, com uma frequência proporcional à velocidade do fluido. Medindo a frequência do vórtice e considerando a área da secção transversal do tubo, calcula-se o caudal. Este método simples e fiável é amplamente utilizado.
5. Medidor de caudal mássico Coriolis
Com base no efeito Coriolis, o fluido que flui através de um tubo vibratório gera uma força proporcional ao caudal mássico. Ao medir esta força, o medidor de caudal Coriolis determina diretamente e com precisão o caudal mássico. É amplamente utilizado em aplicações industriais de precisão.
6. Medidor de caudal de orifício
Quando o fluido passa através de uma placa de orifício, acelera enquanto a pressão estática diminui, criando uma diferença de pressão entre os lados a montante e a jusante. Com base no princípio da conservação de energia, o caudal é diretamente proporcional a esta diferença de pressão. Os medidores de caudal de orifício são económicos e adequados para vários meios.
7. Medidor de caudal do bocal
À medida que o fluido passa através do bocal, a sua velocidade aumenta enquanto a pressão estática diminui, criando uma diferença de pressão. O caudal é proporcional a esta diferença de pressão. Ao medir a diferença de pressão, o caudal é determinado com precisão. Os medidores de caudal de bocal são fiáveis e adequados para condições de alta velocidade e alta pressão.
8. Medidor de caudal Venturi
À medida que o fluido passa através da constrição de um tubo Venturi, a sua velocidade aumenta e a pressão estática diminui, criando um diferencial de pressão. A diferença de pressão está correlacionada com o caudal. Os medidores de caudal Venturi têm uma baixa perda de pressão e são adequados para medir grandes caudais.
9. Medidor de caudal ultrassónico
Os medidores de caudal ultra-sónicos utilizam frequentemente o "método da diferença de tempo", em que dois transdutores transmitem sinais ultra-sónicos através do fluido. A diferença no tempo de viagem entre os sinais a montante e a jusante é utilizada para calcular a velocidade e o caudal do fluido. Este método não invasivo e de elevada precisão é versátil e amplamente aplicável.
10. Medidor de caudal de deslocamento positivo
Impulsionados pela diferença de pressão entre a entrada e a saída, os rotores no interior do medidor de caudal rodam, fazendo com que o fluido encha e descarregue câmaras de volume fixo. Ao contar o número de rotações do rotor, o volume total de fluido que passa pelo medidor pode ser calculado diretamente. Este método é altamente preciso e ideal para líquidos de alta viscosidade.
11. Medidor de caudal de engrenagem oval
A diferença de pressão acciona um par de engrenagens ovais que rodam continuamente, medindo e transferindo o líquido da cavidade em forma de crescente para a saída. O fluxo total é diretamente proporcional ao número de rotações da engrenagem multiplicado pelo volume por rotação. Este medidor é eficaz para a medição do caudal de líquidos de elevada viscosidade.
Conclusão
Os 11 caudalímetros apresentados neste artigo englobam princípios da mecânica, eletricidade e termodinâmica, com aplicações extensivas na medição de caudais industriais e científicos. A compreensão dos seus princípios de funcionamento pode ajudar a selecionar o medidor de caudal mais adequado para necessidades específicas, melhorando a precisão da medição e a eficiência operacional.
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