Medidores De Vazão E Válvulas De Controle De Fluxo
Por Daiana Cheis
Edição Nº 61 - Março/Abril de 2013 - Ano 11
É preciso considerar alguns fatores antes de optar pela tecnologia de medição a ser utilizada
O medidor serve para controlar o fluxo (vazão) de fluidos de um processo. É um dispositivo que, amplamente, permite determinar a quantidade de líquidos, gases e sólidos que passa por meio de uma seção de escoamento por uma unidade de tempo (litros/min, m3/hora, galões/min).
Traduzindo a explicação acima, nas palavras do consultor e especialista em medidores David Spitzer, "o medidor serve para converter recursos como tempo, dinheiro e materiais", por isso a importância na escolha do produto é fundamental!
Atualmente existem muitos tipos de medidores de vazão e princípios de medição no mercado, como: Diferencial de Pressão, Multivariável, Área Variável, Engrenagens Ovais, Turbina, Dispersão térmica, Eletromagnético, Capacitivo-magnético, Vortex, Coriolis e Ultra-sônico. Quase todos os princípios de medição podem medir tanto líquidos como gases. Para aplicação eles diferem em algumas características específicas, que, em geral, dependem diretamente do processo a ser medido e do custo beneficio.
Os medidores com saída em pulso (deslocamento positivo, turbina, vortex, coriolis) são indicados para totalização; e os dispositivos com saída analógica (placa de orifício, magnético) são mais apropriados para registro e controle. Geralmente, a tecnologia analógica é usado para uma indicação local, quando não se deseja transmitir a variável para um sistema de controle. São medidores menos precisos e não podem ter suas medições compensadas, o que torna este tipo de instrumento em desuso.
Os medidores digitais são capazes de determinar as taxas de fluxo, compensa-las dinamicamente, eliminar interferências (vibração, temperatura, ruído) e, também, podem transmitir essas informações a um sistema de controle. Segundo o supervisor da Engenharia de Aplicações da Yokogawa, Cassius Magdo de Barros, hoje, os instrumentos digitais possuem capacidade de fornecer diagnósticos avançados de processos (entupimento de tomadas de medição, presença de bolhas, mudança de estado físico), que permite um resultado estável, repetitivo e confiável.
"Hoje todos os nossos equipamentos possuem processamento digital. Seguindo a necessidade do mercado que pede maior facilidade e flexibilidade de comunicação, transmissão e armazenamento de dados, maior agilidade na substituição e, principalmente, a presença de diagnósticos online para avaliação, seja do processo ou do equipamento em si", diz o Gestor em Marketing da Conaut, Ricardo A. Vieira.
Em ambos os casos, analógicos ou digitais, é sempre possível a totalização em qualquer modelo de medidor, como afirma Vieira: "depende apenas da necessidade do usuário, seja da vazão instantânea para controle de processos e/ou dos valores absolutos de volume ou massa envolvido numa transferência de produtos num determinado tempo".
Mas com tantas opções de medidores de vazão oferecidas pelos fabricantes fica até difícil escolher qual é o mais adequado. Fato é que, com diferentes tipos de tecnologia presentes hoje no mercado, o usuário precisa ter algumas precauções para não levar prejuízo. "O cliente deve ter muito cuidado para não ser seduzido pelos princípios de medição que surgem como os medidores universais que, como sempre, abocanham uma faixa do mercado e se acomodam em seu nicho depois de algum tempo", alerta o diretor de óleo e gás da Metroval, Paolo Fiorletta.
De acordo com Fiorletta, além da necessidade de medir vazão ou, mais comumente, de totalizar o volume ou a massa de um fluido em uma linha, é preciso discutir, inicialmente, o que é o mais importante ler: massa ou volume. A partir dessa definição há opções importantes na seleção de um medidor.
"Dados de processo como: fluido a ser medido, faixa de vazão, faixa de pressão e faixa de temperatura, além da viscosidade do fluidos permitem fazer uma análise prévia e objetiva do caso, não esquecendo que o erro pretendido na medição é fator importantíssimo para estabelecer o melhor custo-benefício na hora da aquisição do medidor de vazão.
A seleção do equipamento deve considerar também a periodicidade das calibrações após a instalação, bem como as interferências do novo medidor no processo (perda de carga por exemplo). De posse dos dados de processo, o usuário pode consultar vários fabricantes para que sugiram o princípio de medição e o custo do equipamento. Diante destes dados é possível trilhar o caminho para a seleção final do equipamento", são algumas dicas que o diretor da Metroval deixa para os usuários que desconhecem a medição de vazão e precisam do auxílio na especificação do produto.
A seleção incorreta de um equipamento pode resultar na medição errada ou nem chegar a medir, além de trazer muito prejuízo financeiro e outras complicações. "Nesse ponto, se o fluido a ser medido estiver sendo quantificado para ser vendido, o tamanho do problema será muito maior que o valor do instrumento ou de sua instalação. Os erros na medição podem causar todo tipo de problemas em reações químicas, onde a dosagem de fluidos em quantidades exata é essencial. E dosagens erradas podem causar desde problemas de qualidade no produto final de uma linha de fabricação até explosão de reatores", acrescenta ele.
Diversificação no mercado nacional
O Brasil já alcançou em muitos aspectos o mercado internacional, em relação a tecnologia de medição não é diferente. Os medidores nacionais tem, na maioria, a mesma qualidade que os importados.
A Yokogawa, por exemplo, desenvolve instrumentos industriais para medição de vazão desde 1915 e os tipos de tecnologia que fabrica são: Diferencial de Pressão, Multivariável, Área Variável, Eletromagnético, Capacitivo-magnético, Vortex, Coriolis e Ultrassônico. A Conaut, há 50 anos de atividades em instrumentação, medição e controles, é a representante da multinacional Alemã Krohne e exporta seus produtos para as Américas e Europa.
Num panorama geral, podemos dizer que o processo e o tipo de medição é o que vai definir qual a tecnologia que deverá ser usada.
A fabricante Metroval, já produzia, em 1991, os medidores mássicos e iniciou a fabricação dos medidores de deslocamento positivo em 1998. De acordo com o diretor de óleo e gás da empresa, Paolo Fiorletta, o medidor de deslocamento positivo, pela exatidão, é o principio de medição mais usado no mundo.
Adequado para medição de petróleo e seus derivados a nível mundial, embora dispute espaço com os medidores do tipo turbina para medições acima de 6 e 8 polegadas e ultra-sônicos de 8" para cima. Já os medidores mássicos está mais evidente nas indústrias petrolíferas, petroquímica, tintas, farmacêuticas e alimentícias, uma vez que medem a massa do fluido diretamente e de gases a medição é indireta. Segundo Fiorletta, os medidores mássicos são considerados os melhores para medir vazão onde há altíssimas pressões e temperaturas.
Tipos de medidores de vazão
Diferencial de pressão
Os medidores por pressão diferencial são associados à elementos que geram uma diferença de pressão na linha. Um transmissor de pressão lê o diferencial de pressão gerado (relação quadrática com a vazão) e determina assim a vazão. Algumas características, como: custo relativamente baixo, ausência de partes móveis e aplicação para diversos tipos de fluido fazem deste aparelho um dos mais usados no mercado. As limitações estão na faixa de medida restrita e no provável custo de manutenção (borda de placa de orifício gastos e de tubos pitot obstruídos, etc).
Todos os medidores de vazão que produzem uma pressão diferencial tem como princípio fundamental a equação de energia de Bernoulli. Isso porque numa tubulação fechada, não há perdas de energia e o medidor mais comum a utilizar este princípio é o de Placa de Orifício.
Eletromagnético
Ao contrário do medidor de diferencial de pressão, este não possui partes móveis e utiliza montagem por inserção, o que facilita a instalação.
Tem a característica de ser velocímetro que, por sua vez, através do campo entre dois eletrodos, consegue determinar a velocidade de escoamento por um diâmetro de sensor. É, também, um modelo com indicador e saída de pulso, indicador remoto com totalização opcional. Uma das vantagens é que este equipamento provoca a menor perda de carga no sistema, desde que estejam livres de obstruções, contudo, uma das limitações é que só podem ser utilizados com líquidos condutores de eletricidade.
Vortex
São usados na medição de escoamento de líquidos de baixa viscosidade, gases e vapor (saturado e superaquecido). Estes medidores exploram o fenômeno conhecido como Kamann Vortex. Não há partes móveis em contato com o fluido, tem baixa perda de carga e possui boa exatidão.
Estes determinam a vazão na medida que se forma os fenômenos Vortex no escoamento do fluido. Neles existem um anteparo que provoca um choque (impacto) do fluido. Ao chocar surge, após o anteparo, uma região de baixa pressão que imediatamente é preenchido por fluido. Este modelo pode ser fornecido com um termo-elemento (PT1000) no interior do anteparo, deste modo o instrumento pode medir vazão mássica. Este medidor deve ser aplicado à fluidos limpos, monofásicos e de baixa condutividade (máximo 5 cp).
Coriolis
É um medidor universal, ou seja, são aplicáveis em todos os tipos de fluido, com medição direta de massa e, além de multivariável, não depende da propriedade física do fluido. Outra vantagem é que são imunes a variação de pressão, temperatura, densidade e viscosidade. Entretanto, os limites são com relação a faixa de temperatura (-50 a 200ºC) e a perda de carga no sistema. Estes medidores são os de maior precisão no mercado.
"Com este medidores conseguimos entregar uma precisão de 0,05% do valor lido para vazão mássica e até 0,00005 kg/l para densidade", afirma o supervisor da Engenharia de Aplicações da Yokogawa, Cassius M. Barros.
De acordo com ele, estes instrumentos são certificados para transferência de custódia (pode gerar tarifação de produtos, conforme requerimentos da receita federal e INMETRO).
Área Variável/Rotâmetro
O medidor por área variável, mais conhecido como Rotâmetro, em geral, são constituído por um tubo transparente com escala onde um flutuador (ou bóia) move-se livremente. O equilíbrio é atingido quando a diferença de pressão e impulsão do fluido compensam a força gravitacional. São usados em fluidos com baixa condutividade, viscosidade variável, densidade variável, baixas pressões. Tem as vantagens do baixo custo, por ser um dispositivo simples pode ser fabricado em grandes quantidades, e não requer alimentação externa. Quanto as desvantagens temos a limitação no uso apenas para aplicações com fluidos não corrosivos, uma vez que, para este tipo de medidor, é necessário a utilização de material transparente para que seja possível a visualização do corpo flutuante. Em geral, não são facilmente adaptáveis para leitura automática, apesar de poder usar flutuantes magnéticos.
Ultra-sônicos
Desenvolvido para medir líquidos limpos em tubulações fechadas. Tem a facilidade na instalação do equipamento, pois dispensa qualquer tipo de serviço na tubulação como seccionamento ou furação. Tem como característica a medição sem o contato físico com o meio, pode ser utilizado em diversos tipos de materiais de tubulação, como: ferro fundido, aço inox, aço carbono e vidro e chega a cobrir diâmetros de até 5.000mm. A medição tem como base o princípio de tempo de trânsito: dois transdutores que, podem ser acoplados na parede externa do tubo, emitem e recebem pulsos de ultra-som. O tempo de trajeto destes pulsos é analisado por um circuito eletrônico que efetua o cálculo da vazão instantânea. Algumas vantagens ficam por conta da apresentação nas versões portáteis: com baterias recarregáveis, totalização, indicação de vazão instantânea, velocidade do fluido no interior do tubo e registrador de dados opcional. Pode ser aplicado em água, produtos químicos agressivos, farmacêuticos, etc.
Turbina
Os medidores de turbina são usados tanto para líquidos como para gases e, atualmente, está sendo utilizado bastante no mercado de gás natural. Uma das características é o tempo de resposta baixo, ideal para processos de bateladas rápidas ou envase. Tem ampla faixa de temperatura e pressões (-200oC a 450oC, até 350 bar) e exatidão, normalmente, de 0,25% a 1% da medida a uma viscosidade específica. No entanto, o custo pode não ser baixo, se levado em consideração o custo alto de instalação e manutenção, que dependem do perfil do fluxo. Além do mais, estes medidores são sensíveis a fluidos que podem danificar o medidor.
Válvulas de Controles de Fluxo
Disponível numa vasta variedade no mercado, as válvulas de controle de fluxo são utilizadas pelas indústrias como mecanismos instalados em linhas de tubulações que, devido as múltiplas funções, podem ter os diferentes propósitos: garantir a segurança da instalação e dos operadores, permitir a realização de manutenções e substituições de elementos da instalação, mas, principalmente, estabelecer e controlar a pressão e escoamento de fluido em tubulações. Essencialmente, a válvula de controle é um componente que espalha a energia hidráulica de maneira controlada. Assim como os medidores de vazão, encontramos diferentes tipos de válvulas que, para a utilização também dependem de uma série de fatores, como a natureza do fluido e a característica da operação. Uma escolha pode causar sérios problemas, provocando alterações consideráveis no desenho original e danos graves à instalação. Abaixo temos a classificação dos quatro métodos principais utilizados para o controle de fluxo:
Válvulas globo: Usada para regulagem de serviços críticos e controle automático. É encontrada em grande variedade de tamanhos e em diferentes tipos de materiais.
Válvula de agulha: São restritas a pequenas dimensões e usadas quando se necessita de um fechamento com regulagem manual. Disponível para altas pressões.
Válvulas esféricas: É bastante presente nas indústrias, onde há condições de corrosão e temperaturas elevadas. Apesar de serem simples e compactas, não há muita variedade de tamanhos.
Válvulas gaveta: Não altera a direção do fluxo quando aberta e tem uma variedade de aplicações. Pode causar erosão por efeito de cativação, quando usada para regulagem de fluxo.
Válvulas borboleta: Desenvolvida especialmente para gases e líquidos à baixas pressões. Tem baixo custo, construção muito simples e é aplicada também no serviço tipo liga-desliga.
Válvulas de diafragma: Equipamento utilizados para fluido corrosivos, tóxicos e voláteis e que, também, podem ser usados nos serviços liga-
desliga. Os limites de aplicação são impostos pela temperatura e a pressão.
Contato das empresas:
Yokogawa: www.yokogawa.com.br
Conaut: www.conaut.com.br
Metroval: www.metroval.com.br