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Por exemplo, um período de span de 200°F pode corresponder a um span de 16 mA de um sinal de um transmissor de 4-20 mA. Ajuste de Zero: Capacidade de ajustar a exibição de um processo ou de um medidor de força de modo que o zero no mostrador corresponda a um sinal diferente de zero, tal como 4 mA, 10 mA, ou 1 VCC. Normalmente, a faixa de ajuste é expressa em valores de soma. Alimentação: Unidade separada ou parte de um circuito que fornece energia ao restante do circuito ou a um sistema. Ampere (amp): Unidade usada para definir a taxa de vazão de eletricidade (corrente) em um circuito; as unidades são um coulomb (6,28 X 1018 elétrons) por segundo. Amperímetro: Um instrumento usado para medir corrente. Amplificador: Dispositivo que utiliza a energia de uma fonte diferente de um sinal de entrada e que produz como saída uma reprodução ampliada das características essenciais de sua entrada. Anemômetro: Instrumento para medir e/ou indicar a vazão de ar. ANSI: American National Standards Institute (Instituto Nacional Norte-Americano de Normas) Aprovado FM: Instrumento que reúne um conjunto específico de especificações estabelecidas pela Factory Mutual Research Corporation. Auto Aquecimento: Aquecimento interno de um transdutor como resultado de dissipação de energia. B Baud: Unidade de velocidade de transmissão de dados igual ao número de bits (ou eventos incomuns) por segundo; 300 baud = 300 bits por segundo. BTU: Unidades térmicas inglesas. A quantidade de energia térmica necessária para elevar uma libra de água até sua densidade máxima, o que ocorre a 1°F. Uma BTU é equivalente a 0,293 watthora, ou 252 calorias. Um quilowatt- hora é equivalente a 3412 BTU. C Cabeçote de Proteção: Invólucro, geralmente, feito de metal na extremidade de aquecedor ou sonda onde são feitas as ligações. Calibração: O processo de ajuste de um instrumento ou compilação de um gráfico de desvio, de modo que sua leitura possa ser correlacionada com o valor real que está sendo medido. Calor Específico: Relação entre a energia térmica necessária para elevar de 1° a temperatura de um corpo e a energia térmica necessária para elevar de 1o igual massa de água. Carga: Demanda elétrica de um processo, expressa como potência (watts), corrente (amperes) ou resistência (ohms). Cavitação: A ebulição de um líquido causada por diminuição da pressão, em vez de um aumento na temperatura. Celsius (Centígrado): Escala de temperatura definido por 0°C no ponto de gelo e 100°C na temperatura de ponto de ebulição da água ao nível do mar. CFM (Pés Cúbicos por Minuto): Unidade de medida da taxa de vazão volumétrica de um líquido ou gás. Chatter: O ciclo rápido liga/desliga de um relé em um processo de controle devido à largura de banda insuficiente no controlador. Ciclo de Funcionamento: O tempo total de um ciclo liga/ desliga. Normalmente, refere-se ao tempo do ciclo liga/ desliga de um controlador de temperatura. CMR (Rejeição no Modo Comum): A capacidade de um medidor de painel de eliminar o efeito do ruído de corrente alternada (CA) ou corrente contínua (CC) entre sinal e aterramento. Normalmente expressa em dB, quando em CC, para 60 Hz. Um tipo de CMR é especificado entre SIG LO e PWR GND. Em medições diferenciais, um segundo tipo de CMR é especificado entre SIG LO e ANA GRD (METER GRD). CMV (Tensão no Modo Comum): A tensão CA ou CC que é tolerável entre o sinal e aterramento. Um tipo de CMV é especificado entre SIG LO e PWR GND. Em medições diferenciais, um segundo tipo de CMV é especificado entre SIG HI ou LO e ANA GRD (METER GRD). Condicionador de Sinal: Módulo de circuito que se defasa, atenua, amplifica, lineariza e/ou filtra um sinal para entrada em um conversor A/C. O condicionador típico de sinal de saída é + 2 VCC. Condicionamento de Sinal: Processar a forma ou o modo de um sinal, de modo a torná-lo inteligível ou compatível com determinado dispositivo, o que inclui manipulações tais como modelagem de pulso, limitação de pulso, compensação, digitalização e linearização. Condições do Ambiente: As condições ao redor do transdutor (pressão, temperatura, etc.). Condutância: A medida da capacidade de uma solução para transportar uma corrente elétrica. Condutividade Térmica: Capacidade de um material de conduzir calor sob a forma de energia térmica. Constante Dielétrica: A função da força de atração entre duas cargas opostas, separadas por uma distância em um meio uniforme. Corrente: A taxa de fluxo de eletricidade. A unidade é ampere (A), definido como = 1 coulomb por segundo. Corrente de sobre Tensão: Corrente de curta duração que ocorre quando a energia é aplicada, pela primeira vez, a cargas capacitivas ou a cargas resistivas dependentes de temperatura, tais como aquecedores de tungstênio ou de molibdênio – normalmente, com duração não superior a vários ciclos. CPS: Ciclos por segundo; a relação ou o número de eventos periódicos em um segundo, expressa(o) em Hertz (Hz). CSA: Administração Canadense de Normas. D Densidade: Massa por unidade de volume da substância, que são gramas/cm3 ou libras/pés cúbicos. Defasagem do Zero: Diferença expressa em graus, entre zero verdadeiro e uma indicação, dada por instrumento de medição. Dígito: A medida do período de span de um medidor de painel. Por convenção, um dígito integral pode assumir qualquer valor de 0 a 9; um ½ dígito exibe um 1 e sobrecarga em 2; um dígito de ¾ exibe dígitos até 3 e sobrecarga em 4, etc. Por exemplo, considera-se que um medidor com período de span de ± 3999 é um medidor de 3¾ dígitos. GLOSSÁRIO 2 3 DIN (Normas da Indústria Alemã): Um conjunto de normas alemãs reconhecidas em todo o mundo. A norma DIN 1⁄8 para medidores de painel especifica uma dimensão de engaste externo de 96 x 48 mm e um recorte de painel de 92 x 45 mm Dispositivo Secundário: A parte de um medidor de vazão que recebe um sinal proporcional à taxa de vazão do dispositivo principal, exibindo registros e/ou transmitindo o sinal. E Elementos Sensores: Aquela parte de um transdutor que reage diretamente em resposta a uma entrada. Exatidão: A proximidade de uma indicação ou de uma leitura de um dispositivo de medição ao valor real da qualidade que está sendo medida. Normalmente, expressa em porcentagem ± da escala real de produção ou leitura. Excitação: A aplicação externa de tensão de corrente elétrica aplicada a um transdutor para operação normal. Excitação Máxima: Valor máximo da tensão de excitação ou corrente que pode ser aplicado a um transdutor em condições ambientes, sem causar danos ou degradação ao desempenho além das tolerâncias especificadas. Expansão Térmica: Aumento no tamanho devido a aumento de temperatura, expresso em unidades de aumento do comprimento ou aumento no tamanho por grau, ou seja, polegadas/polegada/graus C. F Faixa de Temperatura, Operável: Gama de temperaturas ambiente, dada por seus extremos, nos quais um transdutor pode ser utilizado. Exceder a área compensada pode fazer com que seja necessário fazer a recalibração. Fluxo Contínuo: Taxa de vazão na secção de mensuração de uma linha de fluxo que não varia significativamente com o tempo. Fluxo Laminar: Fluxo aerodinâmico de um fluido, no qual forças viscosas são mais significativas do que forças inerciais, geralmente abaixo de um número de Reynolds de 2000. Fluxo Turbulento: Característica do fluxo quando as forças de inércia são maiores do que as forças viscosas; normalmente, isso ocorre com um número de Reynolds superior a 4.000. FM (Factory Mutual Research Corporation): Organização que estabelece padrões de segurança industrial. Força de Coriolis: Um resultado de força centrípeta sobre uma massa em movimento com uma velocidade radial orientada para fora no plano da rotação. FPM (Pés por Minuto): Medida da velocidade de vazão. FPS (Pés por Segundo): Medida da velocidade de vazão. Frequência: Número de ciclos ao longo de determinado período de tempo, durante o qual ocorre um evento. O inverso é denominado período. Frequência de Batimento: Frequências de batimento são vibrações periódicas que resultam da adição e da subtração de duas ou mais sinusoids. Por exemplo, no caso de duas turbinas de aeronave que estão girando em quase, mas não exatamente, na mesma frequência, são geradas quatro frequências: (f1), a frequência de rotação da turbina um; (F2), a frequência de rotação da turbina dois; (f1 + f2) a soma das frequências de rotação das turbinas um e dois; e (f1 - f2) a diferença entre ou a frequência do batimento das turbinas um e dois. A diferença entre as duas frequências é a frequência mais baixa e é aquela que é "sentida" como batimento (ou "miado", neste caso). Frequência Natural: Frequência das oscilações livres (não forçadas) do elemento sensor de um transdutor totalmente montado. G GPH (Galões por Hora): unidade de medida de taxa de vazão volumétrica. GPM (Galões por Minuto): usada pra medir taxa de vazão volumétrica. Gravidade Específica: A relação entre a massa de qualquer material e a massa do mesmo volume de água pura a 4°C. H Hertz (Hz): Unidade com a qual se exprime a frequência. Sinônimo de ciclos por segundo. I Impedância: Oposição total a um fluxo elétrico (resistiva mais reativa). Impedância da Entrada: Resistência de um medidor de painel visto a partir da fonte. No caso de um voltímetro, essa resistência tem de ser levada em conta quando a impedância da fonte for alta; no caso de um amperímetro, quando a impedância da fonte for baixa. Impedância de Carga: Impedância mostrada nos terminais de saída de um transdutor pelo circuito externo associado. Intervalo: Valores com os quais determinado transdutor é concebido para medir e que são especificados por limite superior e limite inferior. Intrinsecamente Seguro: Um instrumento que não produz faíscas ou efeito térmico em condições normais ou anormais que poderiam inflamar uma mistura especifica de gás. Invólucro à Prova de Explosão: Um invólucro que pode resistir a uma explosão de gases em seu interior e impedir a explosão de gases que o rodeiam em virtude de faíscas, relâmpagos ou a explosão do próprio recipiente, mantendo uma temperatura externa que não inflama os gases circunstantes. J Joule: Unidade básica para energia térmica. K Kelvin: Símbolo K. Unidade da escala absoluta ou termodinâmica de temperatura, baseada na escala Celsius, com 100 unidades entre o ponto de congelamento e ponto de ebulição da água. 0°C = 273.15K [não se usa símbolo de grau (°) na escala Kelvin]. L Linearidade: Proximidade de uma curva de calibração em relação a uma linha reta específica. A linearidade é expressa como desvio máximo de qualquer ponto de calibração em linha reta especifica durante um ciclo qualquer de calibração. LSD (Dígito Menos Significativo): Dígito ativo (não simulado) mais correto de um visor. M Medidor de Processo: Medidor de painel com zero dimensionável e capacidade de ajuste de intervalo, que pode ser graduado para ser lido em unidades de engenharia para sinais, tais como 40-20 mA, 10-50 mA e 1-5 V. GLOSSÁRIO (continuação) Z-44 Medidor de Vazão: Dispositivo utilizado para medir a vazão ou a quantidade de um fluido em movimento. Microamperes: Um milionésimo de um ampere, 10-6 amperes, símbolo: µA. Mícron: Um milionésimo de um metro, 10-6 metros, símbolo: µm. Miliampere: Um milésimo de um ampere, 10-3 amperes, símbolo: mA. N N/C (Sem Conexão): Ponto de conexão para o qual não há conexão interna. NEC: National Electric Codes (Códigos Nacionais Elétricos). NEMA-4: Norma da National Electrical Manufacturers Association, que define carcaças destinadas a uso interno ou externo, principalmente para oferecer grau de proteção contra pó e chuva, respingos de água e jato d'água de mangueira. NEMA-7: Norma da National Electrical Manufacturers Association, que define carcaças à prova de explosão para uso em locais classificados como Classe I, Grupos A, B, C ou D, conforme especificado no Código Elétrico Nacional. (National Electric Code). NEMA-12: Norma da National Electrical Manufacturers Association, que define carcaças protegidas contra sujeira, pó, borrifos de líquidos não corrosivos e borrifos de sal. NEMA-Tamanho de Estojo: Norma antiga dos EUA para estojos de medidores de painel, que exige um recorte de painel de 3,93 x 1,69 polegadas. Número de Reynolds: Relação entre as forças de inércia e as forças viscosas num fluido definida pela fórmula Re = ρVD µ onde ρ = densidade do fluído, µ = viscosidade em centipoise (CP), V = velocidade, e D = diâmetro interno do tubo. NPT: Padrão Norte-Americano de Roscas para Tubos Número Strouhal: Parâmetro não dimensional importante no projeto do medidor tipo vórtice, definido como: S = fh/V. Onde f = frequência, V = velocidade e h = referência de comprimento O O.D.: Diâmetro Externo P Paralaxe: Ilusão óptica que ocorre em medidores analógicos e que causa erros de leitura. Ocorre quando o olho que visualiza não está no mesmo plano perpendicular à face do medidor, como a agulha indicadora. Perda de Carga: Perda de pressão em um sistema de vazão medida, usando um parâmetro de comprimento (isto é, polegadas de água, polegadas de mercúrio). Potência Nominal Máxima: Potência máxima em watt na qual determinado dispositivo pode ser utilizado com segurança. Potenciômetro: (1) Resistência variável, frequentemente utilizada para controlar um circuito. (2) Ponte de equilíbrio usada para medir tensão. PPM: Abreviatura de "partes por milhão", por vezes, usada para expressar coeficientes de temperatura. Por exemplo, 100 ppm é idêntico a 0,01%. Pressão Absoluta: Pressão manométrica mais pressão atmosférica. Pressão de Admissão: Pressão expressa em termos de altura de uma coluna de fluido: P = yρg, onde ρ = densidade do fluido, y = a altura da coluna de fluido, e g = aceleração da força da gravidade. Pressão Diferencial: A diferença de pressão estática entre as duas tomadas de pressão idênticas à mesma altura, localizadas em dois pontos diferentes em um dispositivo principal. Pressão Estática: Pressão de um fluido, independentemente de estar em movimento ou em repouso. Pode ser detectada em um pequeno orifício perfurado perpendicularmente e alinhado com os limites do fluxo, de modo a não provocar qualquer perturbação no fluido. Pressão de Prova: Pressão especificada que pode ser aplicada ao elemento sensor de um transdutor sem causar mudança permanente nas características de saída. Pressão de Ruptura: A pressão máxima que pode ser aplicada a um elemento transdutor ou evento de sensoriamento sem causar fugas. Pressão Manométrica: pressão absoluta menos a pressão atmosférica local. Protocolo: Definição formal para descrever como os dados devem ser trocados. PSIA: Libras absolutas por polegada quadrada. Pressão de referência a vácuo. PSID: Libras por polegada quadrada diferencial. Diferença de pressão entre dois pontos. PSIG: Manômetro de libra por polegada quadrada. Pressão referida à pressão do ar ambiente. Q Quilovolt-ampere (kva): 1000 volt amperes. Quilowatt-hora (kwh): 1000 watt-horas. R Rankine (°R): Escala absoluta de temperatura baseada na escala Fahrenheit, com 180° entre o ponto de gelo e o ponto de ebulição da água. 459,67°R = 0°F Relação Beta: A relação entre o diâmetro da constrição de uma tubulação para o diâmetro do tubo não constrito. Relé (Mecânico): Dispositivo eletromecânico que termina ou interrompe um circuito, movendo fisicamente contatos elétricos para que entrem em contato uns com os outros. Relé (Estado Sólido): Dispositivo de estado sólido de comutação que completa ou interrompe um circuito elétrico sem partes móveis. Repetibilidade: Capacidade de um transdutor de reproduzir leituras de saída quando o mesmo valor medido é aplicado consecutivamente, nas mesmas condições e na mesma direção. A repetibilidade é expressa como diferença máxima entre as leituras de saída. Resistência: Resistência ao fluxo de corrente elétrica mensurada em ohms (Ω). No caso de um condutor, a resistência é função do diâmetro, da resistividade (uma propriedade intrínseca do material) e do comprimento. Resistência de Circuito: Resistência total de um circuito de par térmico causada pela resistência do fio do par térmico. Normalmente, usada como referência a pirômetros analógicos que possuem requisitos típicos de resistência de circuito de 10 ohms. Resolução: O menor incremento detectável de medição. Geralmente, a resolução é limitada pelo número de bits usados para quantificar o sinal de entrada. Por exemplo, um 12-bit A/D pode resolver uma parte em 4096 (2 elevado à 12a potência é igual a 4096). 5 RMN (Rejeição Modo Normal): Capacidade de um medidor de painel de filtrar o ruído sobreposto ao sinal e aplicado através dos terminais de entrada SIG HI até SIG LO. Normalmente, expressa em dB a 50/60 Hz. RMS Real: Valor real da raiz quadrada média de um sinal de CA ou sinal de CA-mais-CC, frequentemente usado para determinar a potência de um sinal. Para uma onda senoidal perfeita, o valor de RMS é 1,11072 vezes o valor médio retificado, o qual é utilizado para mediação de baixo custo. Para sinais significativamente não senoidais, é necessário utilizar um conversor com RMS real. Ruído: Interferência elétrica indesejada em fios de sinal. Ruído de Fundo: O ruído total de fundo vindo de todas as fontes de interferência em um sistema de medição, independentemente da presença de um sinal de dados. S Saída Analógica: Sinal de tensão ou de corrente que é uma função contínua do parâmetro mensurado. Saída de Frequência: Saída em forma de frequência, que varia em função da entrada aplicada. Sensibilidade de Carga: Para acelerômetros que são classificados em termos de sensibilidade de carga, a tensão de saída (V) é proporcional à carga (Q) dividida pela capacitância de derivação (C). Esse tipo de acelerômetro é caracterizado por uma impedância de saída elevada. A sensibilidade é dada em termos de carga; Pico coulombs por unidade de aceleração (g). Sensibilidade: Mudança mínima no sinal de entrada à qual um instrumento pode reagir. SI: Sistema Internacional. Nome dado ao sistema de unidades métricas-padrão. Sinal: Transmissão elétrica (tanto de entrada quanto de saída) que transporta informações. Span: Diferença entre os limites superior e inferior de determinado intervalo, expressa nas mesmas unidades que o intervalo. SSR: Relé de Estado Sólido (veja Relé (Estado Sólido)). T Taxa de Fuga: Taxa máxima na qual se permite ou se determina que determinado fluido vaze através de uma vedação. O tipo de fluido, a pressão diferencial através da vedação, a direção do vazamento e a localização da vedação devem ser especificados. Taxa de Rejeição do Modo Comum: A capacidade de um instrumento de rejeitar a interferência a partir de uma tensão comum em seus terminais de entrada com relação ao solo, normalmente expressa em dB (decibéis). Taxa de Rejeição – Modo Normal: Capacidade de um instrumento de rejeitar a interferência, geralmente, de frequência de linha (50-60 Hz) através de seus terminais de entrada. Taxa de Vazão: Velocidade real ou velocidade do movimento de fluído. Taxa de Vazão Volumétrica: Esta taxa é calculada, utilizando a área total do tubo fechado e a velocidade média do fluido, na forma Q = V x A, para chegar à quantidade total do volume de fluxo. Q = taxa de vazão volumétrica, V = velocidade média do fluido, e A = área da secção transversal do tubo. Temperatura Operacional Máxima: Temperatura máxima na qual um instrumento ou sensor pode ser operado com segurança. Tempo de Resposta: Período de tempo necessário para que a saída de um transdutor suba a um percentual especificado de seu valor final, como resultado de mudança de passo de entrada. Transdutor: Dispositivo (ou meio) que converte energia de uma forma para outra. Geralmente, o termo é aplicado a dispositivos que convertem um fenômeno físico (pressão, temperatura, umidade, vazão, etc.) em sinal elétrico. Transmissor: Dispositivo que converte a saída de nível baixo de um sensor ou transdutor em sinal de nível mais elevado, apropriado para a transmissão para um local onde poderá ser processado mais tarde. Triac: Dispositivo de comutação de estado sólido usado para comutação, alternando formas de onda de corrente. TTL: Lógica Transistor-a-Transistor. Forma de lógica de estado sólido que utiliza apenas transistores para formar portas lógicas. U UL: Underwriters Laboratories, Inc. Laboratório independente que estabelece normas para produtos comerciais e industriais. União: Forma de acessório de tubulação por meio da qual dois tubos de prolongamento são unidos com acoplamento desmontável. V Vácuo: Qualquer pressão menor que a pressão atmosférica. Vazão: Curso de líquidos ou gases em resposta a uma força (isto é, pressão ou gravidade). Vazão Mássica: Vazão volumétrica vezes densidade, ou seja, libras por hora ou quilograma por minuto. Velocidade: Relação entre o deslocamento e o tempo do deslocamento; dx/dt. Viscosidade: Resistência natural de uma substância em fluir. Volt: A diferença (elétrica) de potencial entre dois pontos de um circuito. A unidade fundamental é derivada como trabalho por unidade de carga (V = W/Q). Um volt é a diferença de potencial necessária para mover um Coulomb de carga entre dois pontos em determinado circuito, usando um joule de energia. GLOSSÁRIO (continuação) MEDIDORES DE VAZÃO Seção de Referência de Vazão Vista geral dos tipos e capacidades, juntamente com orientações sobre a escolha, instalação e manutenção. INTRODUÇÃO A medição da vazão de líquidos é uma necessidade crítica em muitas instalações industriais. Em algumas operações, a capacidade de fazer medições de vazão precisas é tão importante que ela pode fazer a diferença entre ter lucro e ter prejuízo. Em outros casos, medições imprecisas de vazão – ou erro durante a medição – podem levar a resultados graves (ou mesmo desastrosos). Com a maioria dos instrumentos de medição de vazão de líquido, a taxa de vazão é determinada dedutivamente, medindo a velocidade do líquido ou a alteração na energia cinética. A velocidade depende do diferencial de pressão que força o líquido através de um duto ou tubulação. Uma vez que a seção transversal do tubo é conhecida e permanece constante, a velocidade média é uma indicação da taxa de vazão. A relação básica para determinar a taxa de vazão em tais casos é: Q = V x A onde: Q = vazão através do tubo V = velocidade média da vazão A = seção transversal do tubo Outros fatores que afetam a taxa de vazão de líquido incluem a viscosidade e a densidade do líquido, bem como o atrito do líquido em contato com o tubo. Medições diretas de vazões de líquidos podem ser feitas com medidores de vazão de deslocamento positivo. Essas unidades dividem o líquido em incrementos específicos e o impulsionam. A vazão total é a soma dos incrementos medidos que podem ser contados por meio de técnicas mecânicas ou eletrônicas. NÚMEROS DE REYNOLDS O desempenho dos medidores de vazão é também influenciado por uma unidade sem dimensão, denominada Número de Reynolds, definida como relação entre forças inerciais do líquido e forças de arrasto. A equação é: R = 3160 x Q x Gt D x μ onde R = número de Reynolds Q = taxa de vazão do líquido, gpm Gt = gravidade específica do líquido D = diâmetro interno do tubo, pol. µ = viscosidade do líquido, cp A taxa de vazão e a gravidade específica são forças inerciais, ao passo que o diâmetro do tubo e a viscosidade são forças de arrasto. O diâmetro do tubo e a gravidade específica permanecem constantes na maioria das aplicações de fluidos. As velocidades muito baixas ou a altas viscosidades, R é baixa e o líquido flui em camadas uniformes com velocidades mais altas no centro do tubo e com as velocidades baixas na parede do tubo, onde a viscosidade o retém. Esse tipo de fluxo é denominado fluxo laminar. Os valores de R ficam abaixo de cerca de 2000. Uma característica do fluxo laminar é a forma parabólica de seu perfil de velocidade. No entanto, a maioria das aplicações envolve fluxos turbulentos com valores de R acima de 3000. Um fluxo turbulento ocorre com altas velocidades ou com baixas viscosidades. O fluxo se desmembra em redemoinhos turbulentos que fluem ao longo do tubo com a mesma velocidade média. A velocidade do fluido é menos significativa e o perfil da velocidade tem formato muito mais uniforme. Existe uma zona de transição entre fluxos turbulentos e laminares. Dependendo da configuração da tubulação e de outras condições da instalação, o fluxo pode ser tanto turbulento quanto laminar nesta zona. TIPOS DE MEDIDOR DE VAZÃO Numerosos tipos de medidores de vazão estão disponíveis para sistemas fechados de tubulação. Em geral, os equipamentos podem ser classificados como sendo de: pressão diferencial, deslocamento positivo ou medidores de massa. Dispositivos de pressão diferencial (também conhecidos como medidores de vazão de carga) incluem orifícios, tubos Venturi, tubos de vazão, tubos Pitot, medidores de tampa-de-cotovelo e medidores de área variável (veja FIG 2 na página 7). Medidores de deslocamento positivo incluem pistão, engrenagem excêntrica, disco de nutação e tipos de hélice giratória. Medidores de pressão diferencial compreendem Coriolis e tipos térmicos. Geralmente, a medição de fluxos de líquido em canais abertos envolve diques e calhas. Limitações de espaço impedem um comentário detalhado de todos os medidores de fluxo líquido hoje disponíveis. No entanto, a Tabela 1, na página 8, mostra um sumário das características dos dispositivos comuns. Segue uma breve descrição. STREAMLINE PARABOLA PIPEWALL LAMINAR FLOW UNIFORM (AXISYMMETRIC) LAMINAR FLOW NON-UNIFORM (ASYMMETRIC) TURBULENT FLOW F-ZSec-Fig1 Figura 1: Fluxos laminares e turbulentos são os dois tipos normalmente encontrados em operações de medição de vazão de líquido. A maioria das aplicações envolve fluxo turbulento, com valores de R acima de 3000. Normalmente, fluidos viscosos exibem fluxo laminar com valores de R abaixo de 2000. A zona de transição entre os dois níveis pode ser tanto laminar quanto turbulenta. 6 CURSO PAREDE DO TUBO PARÁBOLA FLUXO LAMINAR UNIFORME (SIMÉTRICO EM RELAÇÃO AO EIXO) FLUXO LAMINAR NÃO UNIFORME (SIMÉTRICO EM RELAÇÃO AO EIXO) FLUXO TURBULENTO 7 MEDIDORES DE VAZÃO Seção de Referência de Vazão (continuação) MEDIDORES DE PRESSÃO DIFERENCIAIS É muito comum o uso de pressão diferencial como medição deduzida de uma taxa de fluxo de líquido. Atualmente, os medidores de vazão de pressão diferencial são, de longe, as unidades mais comumente utilizadas. Estima-se que mais de 50% de todas as aplicações de medição de vazão de líquidos usem este tipo de unidade. O princípio básico de funcionamento dos medidores de pressão diferencial baseia-se na premissa de que a queda de pressão no medidor é proporcional ao quadrado da taxa de vazão. A taxa de vazão é obtida, medindo o diferencial de pressão e extraindo a raiz quadrada. Assim como ocorre com todos os medidores de vazão, os medidores de vazão de pressão diferencial têm dois elementos, primário e secundário. O elemento primário provoca uma alteração na energia cinética, que cria a pressão diferencial no tubo. A unidade deve ser adequada ao tamanho do tubo, às condições do fluxo, às propriedades do líquido e a precisão das medições dos elementos deve ser boa dentro de uma faixa razoável. O elemento secundário mede a pressão diferencial e fornece o sinal ou a leitura que é convertido em valor real de vazão. Orifícios são os medidores de vazão de líquido mais comumente utilizados atualmente. Um orifício é simplesmente uma peça plana de metal contendo um furo de tamanho específico. A maioria dos orifícios são do tipo concêntrico, porém furos excêntricos, cônicos (quadrante) e traçados segmentados também estão disponíveis. Na prática, a placa de orifício é colocada no tubo entre dois flanges. Agindo como primeiro dispositivo, o orifício constringe o fluxo do líquido para produzir uma pressão diferencial através da placa. Utilizam-se tomadas de pressão em ambos os lados da placa para detectar a diferença. As maiores vantagens dos orifícios estão no fato de eles não terem partes móveis e de seu custo não aumentar significativamente com o tamanho do tubo. Orifícios cônicos e quadrantes são relativamente novos. As unidades foram desenvolvidas, primariamente, para medir líquidos de baixos números de Reynolds. Coeficientes de vazão essencialmente constantes podem ser mantidos em valores de R abaixo de 5000. Placas de orifícios cônicos têm um chanfro a montante, cujo ângulo e profundidade devem ser calculados e usinados para cada aplicação. A cunha segmentada é uma variação do orifício segmentado. É um orifício de restrição primariamente projetado para medir a vazão de líquidos contendo sólidos. A unidade tem a capacidade de medir vazões a baixos números de Reynolds e, ainda, manter a desejada relação da raiz quadrada. Seu projeto é simples e há somente uma dimensão crítica – a folga da cunha. A queda de pressão na unidade é apenas cerca da metade daquela dos orifícios convencionais. Conjuntos integrais de cunhas combinam o elemento cunha e tomadas de pressão em um acoplamento de tubo único parafusado a um transmissor comum de pressão. Não há necessidade de acessórios especiais para instalar o dispositivo na tubulação. A precisão de mensuração de todos os medidores de vazão de orifício depende das condições da instalação, da relação da área do orifício e das propriedades físicas do líquido que está sendo medido. Tubos Venturi têm a vantagem de ser capazes de lidar com fluxos de grandes volumes a baixas quedas de pressão. Basicamente, um tubo Venturi tem uma parte com entrada cônica e uma garganta reta. Ao passar pela garganta, o líquido aumenta sua velocidade, provocando um diferencial de pressão entre a região da entrada e a região da saída. Os medidores de vazão não têm partes móveis. Podem ser instalados em tubos de grande diâmetro, utilizando conexões flangeadas, soldadas ou rosqueadas. Quatro ou mais tomadas de pressão são normalmente instaladas com a unidade para tirar a média da pressão que está sendo medida. Tubos Venturi podem ser usados com a maioria dos líquidos, incluindo os que têm alto conteúdo de sólidos. Tubos de vazão são de certa forma semelhantes a tubos Venturi exceto que não têm o cone de entrada. São providos de garganta cônica, mas a saída é alongada e suave. A distância entre a face frontal e a ponta é, aproximadamente, equivalente à metade do diâmetro do tubo. Tomadas de pressão são posicionadas a, aproximadamente, meio diâmetro do tubo à jusante e um diâmetro do tubo a montante. F-ZSec-Fig2 D D/2 D AND D/2 TAPS D d SQUARE EDGED ORIFICE PLATE FLANGE TAPS A B D d21 DEG 15 DEG C D E FLOW IMPACTCONNECTION STATIC CONNECTION STATIC IMPACT R 45 DEG TAPS 22.5 DEG TAPS dD D Figure 2: Common differential pressure flowmeters include the orifice (a), venturi tube (b), flow nozzle (c), pitot tube (d), and elbow- tap meter (e). All require secondary elements for measuring the differential pressure and for converting the data to flow values. Figura 2: Medidores de vazão comuns de pressão diferencial contêm o orifício (a), o tubo Venturi (b), o bocal de vazão (c), o tubo Pitot e o medidor de tomadas de cotovelo (e). Todos necessitam de elementos secundários para medir a pressão diferencial e para converter os dados a valores de vazão. Medidores comuns de pressão diferencial contêm o orifício (a), o tubo Venturi (b) o bocal de vazão (c), o tubo Pitot (d) e o medidor de tomadas de cotovelo. Todos necessitam de elementos secundários para medir a pressão diferencial e para converter os dados a valores de vazão. TOMADAS A D E A D/2 PLACA DE ORIFÍCIO CHANFRADO EM ESQUADRO TOMADAS DE FLANGE 15 GRAUS21 GRAUS VAZÃO CONEXÃO DE IMPACTO CONEXÃO ESTÁTICA ESTÁTICO IMPACTO TOMADAS 45 GRAUS TOMADAS 22,5 GRAUS 8 Tabela 1 Guia de Escolha de Medidor de Vazão 1 Para determinada regulagem do intervalo do transmissor. 2 Percentual da faixa total do medidor de vazão. 3 Percentual da taxa de vazão do líquido Diâmetros Elemento do Precisão exigidos Medidor de Serviço Queda de Típica, dos tubos Efeito da Custo Vazão Recomendado Classificabilidade1 Pressão porcentagem a montante Viscosidade Relativo Orifício Líquidos limpos, 4 a 1 Média ±2 a ±4 do 10 a 30 Alta Baixa sujos, com fundo de escala algumas polpas quadrada Cunha Polpas e líquidos 3 a 1 Baixa a ±0,5 a ±2 do 10 a 30 Baixa Alta viscosos média fundo de escala Tubo Venturi Líquidos limpos, 4 a 1 Baixa ±1 do fundo 5 a 20 Alta Média sujos e viscosos, de escala com algumas polpas Bocal de Líquidos limpos e 4 a 1 Média ±1 a ±2 do 10 a 30 Alta Média Vazão sujos fundo de escala Tubo Pitot Líquidos limpos 3 a 1 Muito Baixa ±3 a ±5 do 20 a 30 Baixa Baixa fundo de escala Medidor de Líquidos limpos, sujos, 3 a 1 Muito Baixa ±5 a ±10 do 30 Baixa Baixa Cotovelo com algumas polpas fundo de escala Medidor-alvo Líquidos limpos, 10 a 1 Média ±1 a ±5 do 10 a 30 Média Média sujos, viscosos; fundo de escala com algumas polpas Área Variável Líquidos limpos, 10 a 1 Média ±1 a ±10 do Nenhuma Média Baixa sujos viscosos fundo de escala Deslocamento Líquidos limpos, 10 a 1 Alta ±0,5 da taxa Nenhuma Alta Média Positivo viscosos cúbica Turbina Líquidos limpos, 20 a 1 Alta ±0,25 da 5 a 10 Alta Alta viscosos taxa Vórtice Líquidos limpos, 10 a 1 Média ±1 da taxa 10 a 20 Média Alta sujos Eletro- Líquidos limpos, 40 a 1 Nenhuma ±0,5 da 5 Nenhuma Alta magnética sujos, viscosos e taxa condutivos e polpas Ultrassônico Líquidos sujos, 10 a 1 Nenhuma ±5 do 5 a 30 Nenhuma Alta (Doppler) viscosos e fundo de polpas escala Ultrassônico Líquidos limpos, 20 a 1 Nenhuma ±1 a ±5 do 5 a 30 Nenhuma Alta (Tempo de trânsito) viscosos fundo de escala Massa Líquidos limpos, 10 a 1 Baixa ±0,4 da Nenhuma Nenhuma Alta (Coriolis) sujos, viscosos, taxa algumas polpas Massa Líquidos limpos, 10 a 1 Baixa ±1 do fundo Nenhuma Nenhuma Alta (Térmico) sujos, viscosos, de escala algumas polpas Weir Líquidos limpos, 100 a 1 Muito Baixa ±2 a ±5 do Nenhuma Muito Baixa Média (Entalhe em V) sujos fundo de escala Calha Líquidos limpos, 50 a 1 Muito Baixa ±2 a ±5 do Nenhuma Muito Baixa Média (Parshall) sujos fundo de escala 9 MEDIDORES DE VAZÃO Seção de Referência de Vazão (continuação) Sob altas velocidades, bocais de vazão podem lidar com vazão de líquido aproximadamente 60% maior do que placas de orifício com a mesma queda de pressão. Líquidos com sólidos em suspensão também podem ser medidos. No entanto, o uso destas unidades não é recomendado para líquidos altamente viscosos ou para aqueles que contêm grande quantidade de sólidos pegajosos. Tubos Pitot sensoreiam duas pressões simultaneamente: de impacto e estática. A unidade de impacto consiste em um tubo com uma extremidade dobrada em ângulo reto na direção do sentido da vazão. A extremidade do tubo estático é fechada, mas uma pequena ranhura é feita no lado da unidade. Os tubos podem ser montados separadamente em um tubo ou combinados em um invólucro único. Quando em funcionamento, unidades de tubo isolado detectam a diferença entre a pressão de impacto e a pressão estática na parede do tubo. Tomadas de pressão conectam o tubo a um manômetro no qual o diferencial de pressão é lido. A configuração de tubo duplo consiste em um tubo montado dentro do outro. O tubo interno sensoreia a pressão de impacto enquanto o espaço anular entre os tubos transmite a pressão estática. Tubos Pitot são comumente instalados, soldando um acoplamento a um tubo e inserindo a sonda através do acoplamento. O uso da maioria dos tubos Pitot é limitado a medições de pontos isolados. As unidades são susceptíveis a entupimento por material estranho ao líquido. As vantagens dos tubos Pitot são baixo custo, ausência de partes móveis, facilidade de instalação e queda mínima de pressão. Medidores de cotovelo funcionam segundo o princípio de que, quando o líquido corre em percurso circular, exerce-se uma força centrífuga sobre as bordas externas. Portanto, quando o líquido flui através de um cotovelo de tubo, a força sobre a superfície interna do cotovelo é proporcional à densidade do líquido multiplicada pelo quadrado de sua velocidade. Além disso, a força é inversamente proporcional ao raio do cotovelo. Qualquer cotovelo de 90° pode servir como medidor de vazão. Basta apenas fazer dois pequenos furos no ponto intermediário do cotovelo (45o) para as tomadas de piezômetro. Linhas de sensoriamento de pressão podem ser anexadas às tomadas, utilizando qualquer método conveniente. Medidores de alvo sensoreiam e medem forças causadas por líquido que impacta Como a taxa de vazão pode ser lida diretamente em uma escala montada ao lado do tubo, não há necessidade de dispositivos secundários de leitura de fluxo. No entanto, se for necessário, dispositivos automáticos de sensoriamento podem ser usados para detectar o nível do flutuador e transmitir um sinal de vazão. Tubos rotâmetros são feitos de vidro, de metal ou de plástico. Os diâmetros dos tubos variam de ¼ até acima de 6 polegadas. Medidores de Deslocamento Positivo O funcionamento dessas unidades consiste em separar líquidos em incrementos, medidos com exatidão, e em movê-los. Cada segmento é contado por um registro de ligação. Como cada incremento representa um volume distinto, unidades de deslocamento positivo são comumente utilizadas em aplicações de dosagem e de contagem automáticas. Medidores de deslocamento positivo são bons candidatos a medição de vazões de líquidos viscosos ou para utilização em locais onde há necessidade de um sistema medidor mecânico simples. Medidores de pistão de movimento alternado são do tipo de pistão único e de pistão múltiplo. A escolha específica depende da gama de vazões necessárias na aplicação específica. Medidores de pistão podem ser utilizados para lidar com ampla variedade de líquidos. A figura 4, na página 10, mostra um medidor de êmbolo oscilante acionado magneticamente. O líquido nunca entra em contato com engrenagens ou outras peças que podem causar obstrução ou corrosão. Medidores de engrenagem oval possuem duas engrenagens rotativas ovais com dentes sincronizados de encaixe preciso. Uma quantidade fixa de líquido passa através do medidor em cada revolução. A rotação do eixo pode ser monitorada para obter taxas específicas de vazão. Os medidores de disco de nutação têm um disco móvel montado sobre uma esfera concêntrica, localizada em uma câmara com paredes laterais esféricas. A pressão do líquido que passa através da câmara de medição faz com que o disco balance num percurso de circulação sem rodar em torno do seu próprio eixo. É a única parte móvel da medição. Um pino que se prolonga perpendicularmente a partir do disco é ligado a um contador mecânico que monitora movimentos de balanço do disco. Cada ciclo é proporcional a uma quantidade específica de vazão. um alvo ou disco de arrasto suspenso no fluxo do líquido. Uma indicação direta da taxa de vazão do líquido é obtida com a medição da força exercida sobre o alvo. Na sua forma mais simples, o medidor consiste apenas de uma placa giratória suspensa que se move para fora, juntamente com o fluxo do líquido. Em casos assim, o dispositivo serve como indicador de vazão. Uma versão mais sofisticada utiliza um elemento sensor transdutor de precisão e de força de baixo nível. A força sobre o alvo exercida pelo fluxo do líquido é sensoreada por um medidor de força. O sinal de saída do medidor de força indica a taxa de vazão. Medidores de alvo são úteis para medir vazões de líquidos sujos ou corrosivos. Medidores de área variável, normalmente conhecidos como rotâmetros, consistem, essencialmente, de um tubo cônico e de um flutuador (uma boia) (FIG 3). Embora classificados como unidades de pressão diferencial, eles são, na realidade, dispositivos de pressão diferencial constante. Acessórios com extremidades flangeadas facilitam a instalação em tubos. Quando não há fluxo de líquido, o flutuador assenta livremente na parte inferior do tubo. Assim que o líquido adentra a parte inferior do tubo, o flutuador começa a subir. A posição do flutuador varia diretamente em função da taxa de vazão. Sua posição exata fica no ponto em que a pressão diferencial entre as superfícies superior e inferior equilibra o peso do flutuador. F-ZSec-Fig3 Figure 3: Variable-area flowmeter, also called a rotameter, has a float that moves up or down in a tapered tube. The distance is proportional to the liquid flow rate and the annular area between the float and the tube wall. EQUILIBRIUM FLOAT TAPERED METERING TUBE 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 R (Scale) GRAVITY FLOW Figura 3: O medidor de vazão de área variável, também conhecido como rotâmetro, tem um flutuador que se move para cima ou para baixo em um tubo cônico. A distância é proporcional à taxa de vazão de líquido e à área anelar entre o flutuador e a parede do tubo. EQUILÍBRIO GRAVIDADE FLUTUADOR VAZÃO TUBO CÔNICO DE MENSURAÇÃO (Escala) 10 Assim como ocorre com todos os medidores de deslocamento positivo, as variações de viscosidade abaixo de determinado limiar afetam as exatidões da medição. Muitos tamanhos e capacidades estão disponíveis. As unidades podem ser feitas de ampla seleção de materiais de construção. Medidores de ventoinha rotatória estão disponíveis em diversos projetos, porém, todos funcionam com base no mesmo princípio. A unidade básica consiste de um impulsor rotativo igualmente dividido (que contém dois ou mais compartimentos) montado dentro da carcaça do medidor. O impulsor fica em contato contínuo com a carcaça. Assim que o impulsor começa a girar, um volume específico de líquido é arrastado de cada compartimento para a saída do medidor. As revoluções do impulsor são contadas e registradas em unidades volumétricas. O medidor de vazão de hélice consiste de dois rotores helicoidais radicalmente inclinados e engrenados, com uma pequena folga entre os rotores e a carcaça. Os dois rotores deslocam líquido axialmente, de uma extremidade da câmara para a outra. MEDIDORES DE VELOCIDADE Esses instrumentos funcionam de forma linear em relação à taxa de vazão de volume. Uma vez que não existe uma relação de raiz quadrada (como no caso de dispositivos de pressão diferencial), sua classificabilidade é maior. Medidores de velocidade tem sensibilidade mínima às mudanças de viscosidade quando usados em números de Reynolds acima de 10.000. A maioria das carcaças de medidores do tipo de velocidade é equipada com flanges ou acessórios para que possam ser conectados diretamente a uma tubulação. Medidores tipo turbina têm encontrado uso difundido em aplicações de medição exata de líquidos. A unidade é constituída por um rotor de múltiplas lâminas montado dentro de um tubo, perpendicular ao fluxo do líquido. O rotor gira à medida que o líquido passa através das lâminas. A velocidade de rotação é uma função direta da taxa de vazão e pode ser sensoreada por um captador magnético, por uma célula fotoelétrica ou por engrenagens. Pulsos elétricos podem ser contados e totalizados (FIG 5). O número de impulsos elétricos, contados durante determinado período de tempo, é diretamente proporcional ao volume do fluxo. Um tacômetro pode ser anexado para medir a velocidade de rotação da turbina e para determinar a taxa de vazão do líquido. Quando devidamente especificados e instalados, os medidores de turbina apresentam boa exatidão, especialmente no caso de líquidos de baixa viscosidade. Uma das principais preocupações com medidores de turbina é o desgaste dos mancais. Para evitar esse problema, foi desenvolvido um projeto "sem mancais". F-ZSec-Fig4 Figure 4: Oscillating-piston meter operates on magnetic drive principle so that liquid will not come in contact with parts. A partition plate between inlet and outlet ports forces incoming liquid to flow around a cylindrical measuring chamber and through the outlet port. The motion of the oscillating piston in the unit is transferred to a magnetic assembly in the measuring chamber, which is coupled to a follower magnet on the other side of the chamber wall. CONCENTRIC ABUTMENT CONTROL ROLLER PISTON HUB PISTON MEASURING CHAMBER OUTLET PORTINLET PORT PARTITION PLATE F-ZSec-Fig6 Figure 6: Vortex meters operate on the principle that when a nonstreamlined object is placed in the middle of a flow stream, a series of vortices are shed alternately downstream of the object. The frequency of the vortex shedding is directly proportional to the velocity of the liquid flowing in the pipeline. FLOW FLOW ELEMENT VORTEX PIPE WALL Figura 4: O medidor de pistão oscilante funciona com base no princípio de acionamento magnético, de modo que o líquido não entra em contato com as peças. Uma placa de separação entre a porta de entrada e a porta de saída força o líquido que chega a fluir em torno de uma câmara de medição cilíndrica e através da porta de saída. O movimento do pistão oscilante na unidade é transmitido a um conjunto magnético na câmara de medição que é coligido a um imã seguinte no outro lado da parede da câmara. F-ZSec-Fig5 Figure 5: Turbine flowmeter consist of a multiple-bladed, free-spinning, permeable metal rotor housed in a non-magnetic stainless steel body. In operation, the rotating blades generate a frequency signal proportional to the liquid flow rate, which is sensed by the magnetic pickup and transferred to a read-out indicator. S.S. BODY SUPPORT RETAINER MAGNETIC PICKUP ROTOR SUPPORT RETAINER FLOW DIRECTION FRONT ROTOR SUPPORT SHAFT BUSHING THRUST BALL BEARING FLUSH HOLE REAR ROTOR SUPPORT Figura 5: O medidor de vazão tipo turbina consiste de um rotor de múltiplas lâminas, de giro livre, metal permeável abrigado em uma carcaça não magnética de aço inoxidável. Quando em funcionamento, as lâminas rotativas geram um sinal de frequência proporcional à taxa de vazão do líquido, que é sensoriado por um captador e transferido a um indicador de leitura. Figura 6: Os medidores tipo vórtice funcionam segundo o princípio de que quando determinado objeto não aerodinâmico é colocado no meio de uma corrente de fluxo, cria-se uma série de vórtices alternadamente à jusante do objeto. A frequência de desprendimento do vórtice é diretamente proporcional à vazão do líquido na tubulação. SUPORTE CONCÊNTRICO CUBO DO PISTÃO CÂMARA DE MEDIÇÃO PORTA DE ENTRADA PLACA DE SEPARAÇÃO PORTA DE SAÍDA PISTÃO ROLETE DE CONTROLE CORPO EM AÇO INOX APOIO POSTERIOR DO ROTOR MANCAL, FURO NIVELADO ESFERA AXIAL BUCHA DO EIXO APOIO ANTERIOR DO ROTOR DIREÇÃO DO FLUXO RETENTOR DO APOIORETENTOR DO APOIO ROTOR CAPTADOR MAGNÉTICO VAZÃO ELEMENTO DE FLUXO VÓRTICE PAREDE DO TUBO 11 MEDIDORES DE VAZÃO Seção de Referência de Vazão (continuação) O líquido que entra no medidor passa através das palhetas em espiral de um estator que imprime rotação ao fluxo de líquido. A corrente atua sobre uma esfera, fazendo com que ela orbite no espaço entre o primeiro estator e um segundo estator semelhantemente espiralado. O movimento de orbitação da esfera é detectado eletronicamente. A frequência de saída do pulso resultante é proporcional à taxa de vazão. Medidores de Vórtice fazem uso de um fenômeno natural que ocorre quando um líquido flui em torno de um objeto bojudo. Redemoinhos ou vórtices são criados alternadamente à jusante do objeto. A frequência da criação dos vórtices é diretamente proporcional à velocidade do líquido que flui através do medidor (FIG 6, na página 10). Os três componentes principais do medidor de vazão são um corpo reforçado, montado sobre suporte, através do furo do medidor de vazão, um sensor para detectar a presença do vórtice e para gerar um impulso elétrico, e um transmissor de amplificação e condicionamento de sinal, cuja saída é proporcional à taxa de vazão (FIG 7). O medidor é igualmente adequado para medições de taxa de vazão ou de totalização de vazão. Não é recomendado o uso em polpas ou líquidos de alta viscosidade. Medidores eletromagnéticos podem trabalhar com a maioria dos líquidos e polpas, desde que o material a ser medido seja eletricamente condutor. Os componentes mais importantes são o tubo de vazão (elemento primário) e um voltímetro (elemento secundário) (FIG 8). O tubo de vazão é montado diretamente no tubo. A queda de pressão, através do medidor, é igual à queda através de um comprimento equivalente de tubo porque não existem peças móveis ou obstruções ao fluxo. O voltímetro pode ser ligado diretamente ao tubo de vazão ou pode ser montado mais afastado e ligado ao tubo por um cabo blindado. Medidores de vazão eletromagnéticos funcionam de acordo com a lei de Faraday sobre indução eletromagnética, que afirma que determinada tensão é induzida quando um condutor se move através de um campo magnético. O líquido serve como condutor; o campo magnético é criado por bobinas energizadas fora do tubo de vazão (FIG 9 na página 12). A quantidade de tensão produzida é Figura 7: Um medidor de fluxo tipo vórtice é concebido para ser instalado diretamente na tubulação, sem necessidade de ferramentas especiais ou procedimentos complicados de instalação. A unidade é pré-calibrada e pronta para uso. Figura 8: Um medidor de vazão eletromagnético com flange é leve, compacto e pode ser facilmente instalado entre flanges existentes. Sem partes móveis, o instrumento tem queda de pressão insignificante e pode trabalhar com inúmeros líquidos e polpas, desde que sejam condutores. diretamente proporcional à taxa de vazão. Dois eletrodos montados na parede do tubo detectam a tensão, que é medida pelo elemento secundário. Medidores de vazão eletromagnéticos têm grandes vantagens: Podem medir líquidos e polpas considerados difíceis e corrosivos, bem como fluxo direto e fluxo reverso com igual precisão. As desvantagens dos conceitos anteriores eram o alto consumo de energia e a necessidade de uma canalização cheia e vazia, a fim de definir, inicialmente, o zero do medidor. Recentes melhorias eliminaram esses problemas. Técnicas de excitação (tipo impulso) têm reduzido o consumo de energia, uma vez que a excitação ocorre apenas na metade do tempo na unidade. A definição do zero não é mais necessária. Medidores de Vazão Ultrassônicos podem ser divididos em medidores Doppler e medidores de tempo de percurso (ou de trânsito). Medidores Doppler medem as mudanças de frequência causadas pelo fluxo do líquido. Dois transdutores são montados em uma carcaça ligada a uma lateral do tubo. Um sinal de frequência conhecida é enviado para dentro do líquido a ser medido. Sólidos, bolhas, e qualquer descontinuidade no líquido fazem com que o pulso seja refletido para o elemento receptor (FIG 10, página 12). Visto que o líquido que causa o reflexo está em movimento, a frequência de pulso devolvida é alterada. A alteração de frequência é proporcional à velocidade do líquido. Um medidor de Doppler portátil capaz de ser operado em corrente alternada ou de uma fonte recarregável de energia foi recentemente desenvolvido. Os cabeçotes de sensoriamento são simplesmente presos ao exterior do tubo e o aparelho está pronto para ser utilizado. O peso total, incluindo a carcaça, é de 22 lb. Um conjunto de terminais de saída de 4 a 20 mA permite que a unidade seja conectada a um registrador de papel contínuo ou outro dispositivo remoto. Medidores de tempo de percurso são equipados com transdutores montados em cada lado do tubo. A configuração é tal que as ondas sonoras que viajam entre os dispositivos ficam a um ângulo de 45° em relação à direção do fluxo do líquido. FV-520C-F-D, em tamanho inferior ao real. FMG606, em tamanho inferior ao real. 12 A velocidade do sinal passando entre os transdutores aumenta ou diminui com a direção de transmissão e com a velocidade do líquido a ser medido. Uma relação tempo-diferencial proporcional ao fluxo pode ser obtida, transmitindo o sinal alternadamente em ambos os sentidos. A limitação dos medidores de tempo de percurso está no fato de que os líquidos a serem medidos devem estar relativamente isentos de gases ou sólidos arrastados, a fim de minimizar a dispersão e absorção do sinal. MEDIDORES DE VAZÃO MÁSSICA A necessidade contínua de medições de vazão mais exatas em processos relacionados à massa (reações químicas, de transferência de calor, etc.), resultou no desenvolvimento de medidores de vazão mássica. Vários projetos estão disponíveis, mas o mais comumente utilizado para aplicações de fluxo de líquido é o medidor de Coriolis. Seu funcionamento baseia-se no fenômeno natural chamado força de Coriolis, daí o nome. Medidores Coriolis são medidores de massa real que medem a taxa de vazão mássica diretamente, em oposição ao fluxo volumétrico. Visto que a massa não muda, o medidor é linear, sem ter de ser ajustado para variações das propriedades do líquido. Ele também elimina a necessidade de compensar alterações nas condições de temperatura e pressão. O medidor é especialmente útil para a medição de líquidos cuja viscosidade varia com a velocidade, a determinadas temperaturas e pressões. Os medidores Coriolis também estão disponíveis em vários modelos. Uma unidade popular consiste de um tubo de vazão em forma de U, incluído em uma carcaça de sensor conectada a uma unidade eletrônica. A unidade de sensoriamento pode ser instalada diretamente a qualquer processo. A unidade eletrônica pode ficar afastada do sensor até 150 metros. Dentro da carcaça do sensor, o tubo de vazão em forma de U é vibrado na sua frequência natural, por um dispositivo magnético localizado na curva do tubo. A vibração é semelhante à de um diapasão, cobrindo menos do que 0,1 de polegada e encerrando um ciclo completo de cerca de 80 vezes/seg. À medida que o líquido flui através do tubo, ele é forçado a assumir o movimento vertical do tubo (FIG 11). F-ZSec-Fig9 Figure 9: Major components of obstruction-free electromagnetic flowmeter's flow tube include electrodes and coils. ELECTROMAGNETIC COILS FLANGE HOUSING INSULATING LINER NON-MAGNETIC FLOW TUBE ELECTRODES F-ZSec-Fig10 TRANSMITTING ELEMENT RECEIVING ELEMENT FLOW DIRECTION REFLECTORS F-ZSec-Fig11 VIBRATING FLOW TUBE FLUID FORCES REACTING TO VIBRATION OF FLOW TUBE END VIEW OF FLOW TUBE SHOWING TWIST FLUID FORCE FLUID FORCE FLOW FLOW TWIST ANGLE TWIST ANGLE Figura 9: Os componentes mais importantes do tubo de vazão(isento de obstrução) do medidor de vazão incluem eletrodos e bobinas. Figura 10: Os medidores Doppler usam o princípio da reflexão do pulso de som para medir taxas de vazão de líquido. Sólidos ou bolhas em suspensão no líquido refletem o som de volta para o elemento transdutor receptor. Figura 11: O tubo vibrador de vazão em forma de U é o coração do popular medidor Coriolis de fluxo de massa. A vibração do tubo, acoplada às forças do fluido, provoca deflexão no tubo que é diretamente proporcional à taxa de vazão mássica. MOLAS ELETROMAGNÉTICAS FLANGE REVESTIMENTO ISOLANTE TUBO DE VAZÃO NÃO MAGNÉTICO ELETRODOS CARCAÇA ELEMENTO TRANSMISSOR ELEMENTO RECEPTOR REFLETORES DIREÇÃO DA VAZÃO TUBO VIBRADOR DE VAZÃO ÂNGULO DE INCLINAÇÃO VAZÃO VAZÃO FORÇAS NO FLUIDO FORÇAS NO FLUIDO FORÇAS NO FLUIDO REAGINDO À VIBRAÇÃO DO TUBO DE VAZÃO ÂNGULO DE INCLINAÇÃO VISTA DA EXTREMIDADE DO TUBO DE VAZÃO, MOSTRANDO A INCLINAÇÃO 13 MEDIDORES DE VAZÃO Seção de Referência de Vazão (continuação) Quando o tubo se move para cima durante a metade do seu ciclo, o líquido que flui para dentro do medidor opõe-se a ser forçado para cima, empurrando o tubo para baixo. Depois de ter sido forçado para cima, o líquido que flui para fora do medidor opõe-se a ter seu movimento vertical diminuído, empurrando o tubo para cima. Esta ação faz com que o tubo se torça. Quando o tubo se move para baixo, durante a segunda metade do ciclo de sua vibração, ele se torce no sentido oposto. A quantidade de torções é diretamente proporcional à taxa de vazão da massa do líquido que flui através do tubo. Os sensores magnéticos localizados a cada lado do tubo de vazão medem as velocidades do tubo, que mudam conforme o tubo se torce. Os sensores passam essas informações para a unidade eletrônica, onde são processadas e convertidas em uma tensão proporcional à taxa de vazão mássica. O medidor tem ampla gama de aplicações, desde adesivos e revestimentos a Nitrogênio líquido. Medidores de vazão mássica do tipo térmico têm sido tradicionalmente usados para a medição de gás, mas projetos de mensurações de vazão de líquidos estão disponíveis. Estes medidores de massa também funcionam independentemente da densidade, da pressão, e da viscosidade. Medidores térmicos utilizam um elemento de sensoriamento aquecido isolado do caminho do fluxo do fluido. A corrente do fluxo conduz o calor do elemento sensor. O calor conduzido é diretamente proporcional à taxa de vazão mássica. O sensor nunca entra em contato direto com o líquido (FIG 12 na página 14). A eletrônica do pacote inclui o analisador de fluxo, o compensador de temperatura e um condicionador de sinal que proporciona uma saída linear diretamente proporcional à vazão mássica. MEDIDORES DE CANAL ABERTO O "canal aberto" refere-se a qualquer conduto no qual o líquido flui em uma superfície livre. Incluem-se túneis, esgotos não pressurizados, tubos parcialmente cheios, canais, córregos e rios. Das muitas técnicas disponíveis para a monitorização dos fluxos de canal aberto, métodos relacionados com profundidade são os mais comuns. Essas técnicas presumem que a vazão instantânea pode ser determinada a partir de uma medição da profundidade da água ou da cabeceira. Diques e calhas são os dispositivos primários mais antigos e mais amplamente utilizados para medir vazões de canal aberto. Diques trabalham segundo o princípio de que uma obstrução em determinado canal faz com que a água acumule, criando um nível elevado (cabeceira) atrás da barreira. A cabeceira é uma função da velocidade de vazão e, por conseguinte, da taxa de vazão através do dispositivo. Diques são constituídos de placas verticais com cristas afiadas. O topo da placa pode ser reto ou entalhado. Diques são classificados de acordo com a forma do entalhe. Os tipos básicos são entalhe em V, entalhe retangular e entalhe trapezoidal. Calhas são geralmente usadas quando a perda de carga deve ser mantida a um valor mínimo, ou se o líquido que flui contém grandes quantidades de sólidos suspensos. Calhas são para canais abertos o que tubos Venturi são para tubos fechados. Os projetos Parshall e Palmer-Bowlus são considerados calhas popularmente conhecidas. A calha Parshall consiste de uma seção convergente a montante, de uma seção de estrangulamento (garganta) e de uma seção divergente à jusante. As paredes da calha são verticais e o piso da garganta é inclinado para baixo. A perda de carga através de calhas Parshall é menor do que no caso de outros tipos de dispositivos de medição de vazão em canal aberto. Altas velocidades de fluxo ajudam a fazer a autolimpeza da calha. A vazão pode ser medida com exatidão, cobrindo ampla gama de condições. As calhas Palmer-Bowlus são dotadas de garganta trapezoidal de seção transversal uniforme e de comprimento, aproximadamente, igual ao diâmetro do tubo no qual ela está instalada. É comparável a uma calha Parshall, no que diz respeito à exatidão e à capacidade de deixar passar detritos sem se limpar. A principal vantagem é a relativa facilidade com que ela pode ser instalada em condutos circulares existentes, uma vez que não exige uma abordagem de seção retangular. Descargas por meio de diques e calhas são funções do nível, de modo que as técnicas de medição de nível devem ser utilizadas com o equipamento para determinar as taxas de vazão. Varas de medição e unidades acionadas por flutuadores são os dispositivos mais simples usados para essa finalidade. Vários sensores eletrônicos, totalizadores, e sistemas de gravação também estão disponíveis. Um desenvolvimento mais recente consiste no uso de impulsos ultrassônicos para medir níveis de líquido. As medições são feitas através do envio de pulsos de som provenientes de um sensor para a superfície do líquido, bem como cronometrando o retorno do eco. A linearização do circuito converte a altura do líquido em taxa de vazão. Um registrador de papel contínuo registra a taxa de vazão e um totalizador digital registra o total de galões. Outro sistema baseado em microprocessador, recentemente introduzido, usa tanto sensores ultrassônicos quanto sensores de boia. Um teclado com um visor de cristal líquido interativo simplifica a programação, o controle e as tarefas de calibração. SELECIONANDO UM MEDIDOR DE VAZÃO Especialistas afirmam que mais de 75 por cento dos medidores de vazão instalados na indústria não estão funcionando de forma satisfatória. A escolha inadequada representa 90 por cento desses problemas. Obviamente, a escolha de um medidor de vazão não é tarefa para amadores. A figura 13, na página 16, mostra as principais etapas envolvidas no processo de escolha. O requisito mais importante é saber, exatamente, o que se pretende fazer com o instrumento. Aqui estão algumas questões a considerar: A medição destina-se ao controle de processo (onde a repetibilidade é a maior preocupação) ou à contagem ou transferência de custódia (onde a alta exatidão é importante)? Exige-se indicação local ou sinal remoto? Se determinada saída remota for necessária, ela deve ser um sinal proporcional ou um fechamento de contato para iniciar ou parar outro dispositivo? O líquido é viscoso, limpo, ou uma polpa? Ele é eletricamente condutor? Qual é sua gravidade específica ou sua densidade? Qual o envolvimento das taxas de vazão na aplicação? Quais são as temperaturas e as pressões de operação do processo? A exatidão (veja glossário), os requisitos de alcance, de linearidade, de repetibilidade e os tubos também devem ser levados em consideração. Antes de fazer a escolha, é tão importante saber o que um medidor de vazão não pode fazer quanto o que ele pode fazer. 14 F-ZSec-Fig12 Figure 12: Thermal mass meters utilize bypass design with RTD sensors to determine the flow rate.Figura 12: Os medidores de vazão mássica térmicos utilizam um projeto derivado com sensores RTD para determinar a taxa de vazão. VAZÃO 15 MEDIDORES DE VAZÃO Seção de Referência de Vazão (continuação) Cada instrumento tem vantagens e desvantagens e o grau de satisfação do desempenho está diretamente relacionado à forma pela qual as capacidades e deficiências de um instrumento são compatíveis com os requisitos da aplicação. Muitas vezes, os usuários têm expectativas de desempenho do medidor de vazão que não são consistentes com as especificações do fornecedor. Na maioria dos casos, os fornecedores ficam ansiosos para ajudar os clientes a escolher o medidor de fluxo para determinado trabalho. Muitos provêm questionários, listas de verificação e folhas de especificações destinadas a obter as informações críticas, necessárias para escolher o medidor de vazão adequado para o trabalho. Devem ser levadas em conta, também, as melhorias tecnológicas de medidores de vazão. Por exemplo, um erro comum é escolher um projeto que há anos tem sido usado em determinada aplicação e assumir que ele ainda é o melhor instrumento para o trabalho em questão. Muitas mudanças e inovações podem ter ocorrido nos últimos anos no que diz respeito ao desenvolvimento de medidores de vazão para essa aplicação particular, tornando a escolha muito mais ampla. Um desenvolvimento recente é a disponibilidade de programas de computador para executar cálculos tediosos, muitas vezes necessários, para a escolha do medidor de vazão. Cálculos que costumavam levar uma hora podem ser realizados em questão de segundos. QUESTÕES RELACIONADAS AO CUSTO Há uma enorme variedade de preços para medidores de vazão. Em geral, os rotâmetros são os menos caros, com algumas unidades de tamanho pequeno disponíveis por menos de cem dólares. Medidores de vazão mássica são os mais caros. No entanto, os custos totais do sistema devem sempre ser levados em conta ao escolher o medidor de vazão. Por exemplo, uma placa de orifício pode custar um valor baixo. Porém, o transmissor pode custar um valor adicional e a fabricação e instalação de uma linha de sensores pode custar ainda mais. Os custos de instalação, operação e manutenção também são fatores econômicos importantes. A manutenção pode ser cara em alguns dos projetos mais complicados. Assim como ocorre com muitos outros produtos, geralmente, um engenheiro de aplicações pode indicar o medidor de vazão que vai lhe atender. Porém, a satisfação com o produto vai depender do cuidado que ele exerce na hora de escolher e da instalação do instrumento. Isso nos leva ao fato de que é preciso conhecer o processo, os produtos e os requisitos de medição de vazão. Não é incomum comprarmos um produto "superestruturado". Engenheiros de fábrica não devem comprar um medidor de vazão com capacidade além do que precisam. TRABALHANDO COM MEDIDORES DE VAZÃO Embora fornecedores estejam sempre prontos a prestar o serviço de instalação do medidor de vazão, as estimativas são de que cerca de 75 por cento dos usuários instalam seu próprio equipamento. É aí que ocorrem os erros de instalação. Um dos erros mais comuns é não deixar tubulação reta suficiente a montante e à jusante para o medidor de vazão. Cada projeto tem certa quantidade de tolerância a condições instáveis de velocidade no tubo, mas todas as unidades exigem configurações tubulação adequadas para funcionar de forma eficaz. Tabela 2 – Perguntas a Fazer ao Escolher um Medidor de Vazão Qual intervalo que você pretende cobrir? 0 a 100% _______ , 25 a 100% _____ , 50 a 100% _____ , Outros __________ De qual exatidão você precisa? 100% _____________ , 75% __________________ , 50% ______________ , 25% __________________ O que você pretende fazer com saída do medidor? Indicar _________ Totalizar ______ Registrar _______ Transmitir _____ Computar _____ Outros _________ Qual é o tipo de carcaça de que você precisa? Parede __________ Montada em painel__ Classificação NEMA ___ O que você tem a dizer sobre a tubulação? Nova _____________ Existente ______________ Em Elevação ______ Tubo reto ______________ Acessibilidade ______ Ambiente ______________ Quem vai fazer a manutenção do medidor? Tratamento de falhas ___ Calibrar _______________ Qual vida útil você deseja para o medidor? ________________ _________________________________________________ Em relação ao medidor, qual queda de pressão seria aceitável? _________________________________________________ Qual o valor máximo? $ _________________________________ O que você quer medir? Vapor _________ Condensação ___ Gás natural _____ Óleo combustível (grau)__ , Água resfriada __________ Aquecimento de água ___ , Torre de água __________ Água residencial _______ , Outros ________________ Outros dados necessários para a seleção: Pressão: Mín. _________ Máx. _____ Normal ______ Temperatura: Mín. _____ Máx. _____ Normal ______ Viscosidade: Mín. ______ Máx. ______ Normal ______ Taxa de Vazão: Mín. ___ Máx. _____ Normal ______ Tamanho do tubo: ___ Schedule ____ Diâm. interno___ 16 F-ZSec-Fig13 FLOW MEASUREMENT PROBLEM SELECTED FLOW MEASUREMENT SYSTEM OR TRANSDUCER TYPE 1ST CONSIDERATION 2ND CONSIDERATION 3RD CONSIDERATION 4TH CONSIDERATION 5TH CONSIDERATION6TH CONSIDERATION7TH CONSIDERATION ABILITY OF DEVICES TO WITHSTAND THE PROCESS ENVIRONMENT PRESSURE, TEMPERATURE, ETC. ALL TYPES ELIGIBLE TYPES ELIGIBLE TYPES ELIGIBLE TYPES ELIGIBLE ABILITY OF DEVICES TO PROVIDE THE ACCURACY OF MEASUREMENT REQUIRED UNDER PROCESS CONDITIONS SPECIFIED COST COMPARISON OF CAPITAL PURCHASE PLUS INSTALLATION AGAINST BUDGET INSTRUMENT SERVICEABILITY, MAINTENANCE REQUIREMENTS, FREQUENCY, AND COSTS LONG ITEM STABILITY, DURABILITY, AND THE NEED FOR PERIODIC CALIBRATION REJECTPRESSURE LOSS INCURRED AND LEVEL OF SWIRL GENERATED OR PULSATION PRODUCED EASE OF ADAPTATION FOR FUTURE NEEDS. EASE OF INTER- FACING TO EXISTING EQUIPMENT REJECTREJECTREJECT TYPES ELIGIBLE TYPES ELIGIBLE TYPES ELIGIBLE REJECT REJECT REJECT A tubulação adequada proporciona um padrão de vazão normal para o dispositivo. Sem ele, a exatidão e o desempenho são prejudicados. De vez em quando, medidores de vazão também são instalados de forma invertida (especialmente no que diz respeito a placas de orifício). Linhas de sensoriamento de pressão também podem ser invertidas. Quando estamos lidando com componentes elétricos, a segurança intrínseca é uma consideração importante em áreas de risco. A maioria dos fornecedores de medidores de vazão oferece projetos intrinsecamente seguros para esses usos. Campos magnéticos podem existir na maioria das instalações industriais. Linhas de energia, relés, solenoides, transformadores, motores e geradores, todos contribuem com sua parcela de interferência. Os usuários devem assegurar-se de que o medidor de vazão que escolheram é imune a essas interferências. Problemas ocorrem, principalmente, com os componentes eletrônicos em elementos secundários, que devem ser protegidos. Normalmente, o cumprimento rigoroso das práticas de instalação recomendadas pelo fabricante evita esses problemas. CALIBRAÇÃO Todos os medidores de vazão precisam de calibração inicial. Na maioria das vezes, o instrumento
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