O que é um medidor de caudal Coriolis

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.

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

1. 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.
2. Fluxo de fluido através do tubo vibratório: Quando o fluido entra no tubo vibratório, começa a interagir com a vibração do tubo.
3. 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.
4. 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.
5. 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

1. Propriedades dos fluidos: A viscosidade, a densidade e a temperatura podem afetar as medições, mas os medidores Coriolis compensam eficazmente estas variações.
2. Condições de fluxo: Fluxos em redemoinho ou perfis de velocidade assimétricos podem introduzir erros. Uma instalação correta ajuda a mitigar estes problemas.
3. Vibrações externas: As vibrações de equipamentos próximos podem interferir com o funcionamento do medidor. Poderão ser necessárias medidas de isolamento ou de amortecimento.
4. 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:

1. Caudal: O contador deve ser dimensionado para lidar com o caudal máximo previsto sem exceder a sua capacidade.
2. Caraterísticas do fluido: A viscosidade e a densidade afectam o funcionamento do medidor e devem ser consideradas durante o dimensionamento.
3. 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

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.

Partilhar no Facebook

Publicar em X

Siga-nos

Guardar