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sexta-feira, 7 de agosto de 2009

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sexta-feira, 31 de julho de 2009

Medidores de Vazão Magnéticos de Grandes Diâmetros


Dicas de Montagem e Instalação do Medidor de Vazão Magnético


Montagem após cotovelo e válvula de limpeza à montante e cotovelo à jusante do medidor.

Dicas de Montagem e Instalação do Medidor de Vazão Magnético

Montagem na ascendente com cotovelos à montante e a jusante do medidor.

Medidor de Vazão tipo Magnético

Medidor de Vazão tipo Magnético
O objetivo deste artigo é destacar a capacidade de aplicação do medidor de vazão magnético dentro de suas possibilidades, apresentando suas características, vantagens, cuidados durante a instalação e montagem, demonstrando sua versatilidade e robustez

Rogério Dias Gimenes

A vazão é considerada geralmente a variável mais importante dentro do território industrial. Além de estar ligada com a qualidade dos produtos a serem produzidos, também está ligada ao custo desses produtos, da matéria-prima e demais produtos que serão adicionados numa mesma etapa do processo.

A vazão também é utilizada como set point operacional de equipamentos industriais de alto custo e elevada importância, tais como: geradores de energia convencionais, motores a combustão, turbogeradores de energia elétrica, geradores de vapor, etc. Com a vazão dentro do set point, esses equipamentos irão operar de maneira satisfatória, sem perdas, sem erros e dentro dos padrões certificados.

Isso garante o bom funcionamento desses equipamentos e ajuda a prolongar sua vida útil, pois se a vazão de consumo de um gerador não está de acordo com o set point, com certeza ele deve estar com algum problema que precisa ser sanado o quanto antes.A importância da vazão como variável de processo, chega a ser infinita.

“Com certeza, a vazão é a variável mais medida na indústria de um modo geral”.Sua necessidade existe desde a época dos antigos romanos.De acordo com a História, as primeiras medições de vazão de água foram realizadas pelos egípcios e romanos, cujas obras de adução de água ficaram famosas, tanto é que um texto do governador e engenheiro romano Julius Frontinus (30 – 103 d.C.) traz referências precisas sobre o assunto.

Como a vazão é a variável mais importante, acaba sendo a mais medida. Em geral, sua medição é a que totaliza o maior erro de medição somado, conforme dados de imprecisão de medição de vazão reunidos em torno do mundo.Devido ao status alcançado por essa variável de processo, nos dias de hoje é a variável que dispõe de recursos tecnológicos mais diversos para sua medição, além de requerer também um grande esforço para sua medida em determinadas aplicações. Pois, para medir a vazão corretamente foi sempre necessário muito conhecimento técnico, além do desenvolvimento das técnicas de medição já existentes em situações distintas de medição.

A medição volumétrica de vazão de líquidos, que é a mais utilizada na maioria dos processos, depende do conhecimento, comportamento e estudo de outras variáveis que a influenciam, tais como: velocidade de escoamento do fluido, viscosidade, temperatura, pressão, densidade específica e relativa. Assim que forem conhecidos os valores dessas variáveis de influência, será possível compensá-los, descartá-los ou ainda selecionar um tipo de medidor específico para uma determinada aplicação.

Com relação à seleção de um determinado tipo de medidor de vazão para uma aplicação em especial, desde que a necessidade do usuário seja a medição da vazão volumétrica de líquidos, o medidor de vazão magnético baseado na lei de Faraday, pode atender precisamente a uma grande porcentagem de aplicações.

Medidor de Vazão tipo Magnético O medidor de vazão magnético, também conhecido como eletromagnético ou por tensão induzida, é um medidor que utiliza um princípio de medição antigo (lei de Faraday) e muitos dos fabricantes de instrumentos continuam a desenvolver medidores de vazão baseados nesse princípio.Como mencionado anteriormente, o medidor de vazão magnético atende a um gigantesco número de aplicações como, por exemplo: medição de vazão de iogurte, xaropes de glucose com alta concentração, cerveja e derivados, polpa de celulose, polpa de minério, ácidos em geral, efluentes industriais, esgoto, lamas, pastas, etc.

Para que ele possa ser indicado em uma aplicação basta que o líquido possua uma condutividade elétrica mínima admitida, dependendo de sua pressão, temperatura e velocidade de escoamento na tubulação do processo, com certeza a vazão desse líquido poderá ser medida precisamente, conforme a necessidade do usuário.

O cientista Michael Faraday demonstrou pela primeira vez o princípio que leva o seu nome em 1832. Desde então, foram desenvolvidos muitos equipamentos baseados na sua lei, o medidor de vazão magnético é um desses equipamentos.

O primeiro medidor de vazão magnético foi desenvolvido no final da década de 40, já no século 20. No entanto, medidores de vazão magnéticos modernos e realmente eficazes, só surgiram no final dos anos 70.

Apesar do medidor de vazão magnético ser baseado num princípio antigo, ele continua sendo aperfeiçoado e customizado para algumas aplicações por alguns fabricantes.A lei de Faraday utilizada para medidores de vazão, determina que o movimento do líquido (o qual deverá possuir uma condutividade elétrica mínima admitida) através do campo magnético induz uma força eletromotriz que atravessa o líquido num sentido perpendicular ao campo magnético, sendo essa f.e.m. diretamente proporcional à sua velocidade de escoamento.

Devido ao campo magnético empregado na indução, o material do tubo medidor não deve ser material não magnético, para não conduzir e nem modificar a direção do campo magnético gerado.Por meio de dois eletrodos inseridos em um plano perpendicular ao campo magnético, torna-se possível a medição da força eletromotriz induzida por meio de um milivoltímetro.

Essa força eletromotriz induzida (dada em milivolts), não é afetada pela temperatura, viscosidade, pressão, turbulência, densidades específica/relativa e condutividade elétrica do líquido medido, desde que a condutividade elétrica esteja acima do valor mínimo exigido.

De qualquer forma, é preciso uma observação cuidadosa durante a engenharia de aplicação do medidor de vazão magnético, quanto aos limites de operação relativos à temperatura, pressão e velocidade de escoamento, além da condutividade elétrica mínima exigida do líquido a ser medido.No medidor de vazão magnético, o seu campo magnético poderá ser gerado por um ímã permanente ou por bobinas excitadas por corrente alternada ou contínua.

Somente em casos especiais, os ímãs permanentes são aplicados como, por exemplo, em casos de medição de vasos sangüíneos, na área médica. As bobinas são preferidas para gerar o campo magnético, por não apresentarem o efeito de polarização com a formação de sais isolantes depositados nos eletrodos, interrompendo o circuito de medição.

No início dos medidores magnéticos, suas bobinas eram energizadas com tensão alternada diretamente da rede elétrica, porém o consumo era elevado e as oscilações comuns da rede interferiam no campo magnético das bobinas, ocasionando erros de medição.

Atualmente, grande parte das bobinas dos medidores de vazão magnéticos é energizada por tensão contínua pulsante, mas também existem alguns medidores magnéticos em que suas bobinas são energizadas por tensão alternada filtrada e fornecida pelo próprio conversor do medidor.

Desse modo, esses antigos problemas são evitados com a tecnologia atual.
O conversor do medidor, além de alimentar as bobinas do tubo de medição, também capta o sinal da f.e.m. induzida em milivolts, que é proporcional à vazão. Ele amplifica, analisa esse sinal, condiciona esse sinal, convertendo-o de analógico para digital. Esse conversor também integra esse sinal digital através do seu microprocessador e o converte, através do seu módulo de saída, em sinal analógico padrão (4 – 20 mA), em outro sinal analógico qualquer (0 – 20 mA, 0 – 10 V, 1 – 5 V) ou ainda em sinal de pulsos relacionado a totalização da vazão, muito utilizado para controle de batelada e dosagem de líquidos.

Tanto o sinal analógico padrão de 4 – 20 mA, proporcional ao range de medição do medidor, quanto o sinal de pulsos/freqüência relacionado a vazão totalizada, são configuráveis via teclado frontal do conversor de acordo com o range de medição e com a programação da totalização. Também há os casos específicos em que o sinal de saída desses conversores são sinais digitais padronizados para protocolos de comunicação para barramentos de campo, tais como Profibus, Foundation Fieldbus, Hart, etc.Segundo cada fabricante desse instrumento, é possível a especificação do tubo medidor de acordo com o processo industrial e suas condições, para que o revestimento do tubo e os eletrodos de medição, que são as partes molhadas, sejam compatíveis e resistam às características químicas e físicas do líquido do processo.

Ocorre o mesmo quanto à especificação do conversor, opções de sinal de saída analógicos, sinal adicional a relé, sinal de pulsos, alimentação, configuração via teclado, configuração via software, configuração via protocolo Hart, indicação remota ou local, sem indicação no campo ou outro local remoto; assim a indicação da vazão é utilizada pelo usuário somente no software interface do sistema de operação, supervisão e controle da planta através da saída de sinal do conversor.

Os medidores magnéticos atendem a ranges de medição, desde os menores ranges possíveis até os maiores, que muitas vezes não são mensuráveis por outros tipos de medidores de vazão. Seus diâmetros vão desde pequenos milímetros até 3 metros.

Os medidores magnéticos de vazão são largamente aplicados principalmente na indústria química, onde grande parte dos fluidos é corrosiva. Com isso, durante a especificação do medidor, deve-se conhecer todas as características do fluido a ser medido, principalmente, no caso de ácidos, conhecer a porcentagem de concentração correta do ácido em questão, sua temperatura e demais dados de operação. Com tais informações pode-se selecionar os materiais das partes molhadas (revestimento e eletrodo) do tubo medidor, compatíveis e resistentes ao ácido a ser medido.

Características Principais

-Alta precisão: +/- 0,2% do valor medido;
-Alta repetibilidade: +/- 0,1%;
-Alta confiabilidade;
-Rangeabilidade: 1000/1;
-Temperatura máxima: 180ºC (nota 1);
-Sem partes móveis, praticamente livre de manutenção;
-Amplo range de medição;
-Medição de todos os líquidos com condutividade elétrica maior que 1 microSiemens/cm (nota 2).

Nota 1: O limite máximo da temperatura admitida pode variar conforme o modelo do medidor como também em relação ao fabricante.

Nota 2: O limite mínimo de condutividade elétrica do líquido, admitido para medição, pode variar em relação ao modelo do medidor como também em relação ao fabricante.

Vantagens

-Alta versatilidade;
-Longa vida útil de trabalho;
-Não gera perda de carga;
-Direção de fluxo bidirecional;
-Sem limite de medição para líquidos viscosos;
-Configuração simples e rápida;
-Eletrodo de referência + eletrodo para detecção de linha preenchida*;
-Apropriado e Aprovado para limpeza CIP/SIP*;
-Aprovado para indústria alimentícia e de bebidas em geral*;
-Alimentação e sinal de saída no mesmo par de fios (sistema 2 fios)*;
-Compatível com protocolos de comunicação Profibus PA / DP, Foundation Fieldbus e Hart*.

(*) Nem todos os modelos e fabricantes de medidores de vazão magnéticos possuem essas vantagens ou características.

Onde é Aplicado:

-Tratamento de água, esgoto e efluentes;
-Indústria química;
-Indústria de papel e celulose;
-Indústria farmacêutica;
-Indústria alimentícia e bebidas;-Siderúrgicas;
-Cimento e derivados;
-Indústria de minérios;
-Indústria de ração animal;
-Indústria têxtil;
-Geração de energia;
-Laboratório de calibração de medidores de vazão.

Observação: Não aplicável em líquidos com condutividade elétrica abaixo de 1 microSiemens/cm como, por exemplo: derivados do petróleo.

Uma aplicação que requer atenção especial é a medição de vazão de água desmineralizada, devido a sua total ausência de minerais, a vazão dessa água não pode ser medida por muitos dos medidores de vazão magnéticos. Alguns, mais desenvolvidos, conseguem medir, no entanto ela deverá possuir uma condutividade elétrica mínima de 20 microSiemens/cm e sua velocidade de escoamento deverá estar entre 1 a 5 m/s.

Quanto à velocidade de escoamento recomendada para o medidor de vazão magnético, ela irá variar de acordo com os tipos de líquidos, como a seguir:

1)Líquidos Normais: 1 a 5 m/s (água potável, refrescos, cerveja, vinho, etc);

2)Líquidos abrasivos: 0,3 a 1,5 m/s (polpa de minério, ácidos, xaropes, etc);

3)Lamas e Pastas: acima de 1,5 m/s;

4)Líquidos com alta porcentagem de sólidos em suspensão: acima de 1,5 m/s(polpa de celulose, polpa de tomate, efluentes, etc).

Deve-se observar sempre a quantidade de sólidos em suspensão presentes nos líquidos e também sua velocidade de escoamento, pois em geral, os fabricantes de medidor de vazão magnético costumam mencionar velocidades aplicáveis entre 0,3 a 10 m/s. Como essa informação é generalizada, a velocidade de escoamento recomendada varia conforme o tipo de líquido e sua quantidade de sólidos em suspensão, que geralmente não deve ultrapassar 30% de concentração dependendo do líquido.

Quanto ao método recomendado para a instalação/montagem mecânica do medidor magnético, o recomendado é instalá-lo de uma maneira que o tubo medidor esteja sempre com seu interior 100% preenchido de líquido, respeitando os trechos retos mínimos requeridos à montante e a jusante do tubo medidor no caso de instalação próxima a válvulas, bombas de escoamento, curvas, cotovelos, etc

Um outro fator que deve ser considerado durante a instalação elétrica do medidor magnético é a sua conexão com um ponto comum de aterramento da tubulação. A medição correta somente será assegurada quando o líquido a ser medido, o sensor e a tubulação possuírem o mesmo potencial elétrico.

O medidor de vazão magnético possui realmente uma vasta gama de aplicações, em relação ao range de medição, tipos de líquidos, pastas e lamas, quantidade de sólidos em suspensão no líquido medido, tipos de indústrias a ser aplicado, viscosidade, pressão e temperatura.

Referências Bibliográficas

Catálogos e Manuais de Medidores de Vazão Magnéticos (série Promag). Endress+Hauser, 2003.

Catálogos e Manuais de Medidores de Vazão Magnéticos. ABB, 2003.

Medição de Vazão por Outros Métodos. SENAI-SANTOS, 1996.

Manual de Medição de Vazão. Gerard Delmée, 3º edição-2003.

Technical paper – Magmeter basics. Dr. Richard Furness, Gloucester-England.

Technical paper – The use of International Standards to Raise Flow Measurement Performance Awareness. Dr. Richard Furness, Gloucester-England.

*Originalmente publicado na revista Mecatrônica Atual - Nº20 - Mar/05

Medidor de Vazão tipo Magnético


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