O Medidor de Caudal: Uma Introdução

Existem muitas aplicações industriais em que a capacidade de medir o caudal de líquidos é fundamental. Em algumas operações, a capacidade de realizar medições precisas do caudal pode fazer a diferença entre lucrar ou perder dinheiro. Noutros casos, medições de caudal imprecisas – ou a falta de medições – podem causar resultados graves.

Observando a velocidade ou a variação da energia cinética do líquido, a maioria dos instrumentos de medição de caudal de líquidos determina o caudal por inferência. Como a área da secção transversal do tubo é conhecida e permanece constante, a velocidade média é um indicador do caudal, pois depende do diferencial de pressão que força o líquido através do tubo ou conduta.

O que é um Medidor de Caudal?

A finalidade de um caudalímetro TUF é medir a quantidade de líquido, gás ou vapor que se move através de um tubo ou conduta, medindo caudais lineares, não lineares, mássicas ou volumétricas. Uma vez que o controlo do caudal é frequentemente essencial, a medição do caudal de líquidos e gases é uma necessidade crucial para muitas aplicações industriais – e uma variedade de caudalímetros pode ser utilizada dependendo do tipo de aplicação.

Um fator intangível a considerar ao selecionar um caudalímetro é a familiaridade do pessoal da fábrica, a sua experiência com a calibração e manutenção, a disponibilidade de peças de substituição, bem como o tempo médio entre avarias, etc. O custo de instalação também deve ser calculado apenas após seguir estes passos. Um erro comum na medição do caudal é inverter esta sequência: em vez de se escolher um sensor com bom desempenho, utiliza-se um dispositivo mais barato para justificar a sua utilização. A instalação destas compras "baratas" pode resultar em custos elevados.

Como Escolher um Medidor de Caudal

É necessário avaliar completamente a natureza do fluido do processo e da instalação geral para selecionar o caudalímetro correto. Compreender os requisitos de cada aplicação é a base para uma boa seleção de caudalímetros. As especificações que definem os requisitos da aplicação devem ser desenvolvidas de forma sistemática e passo a passo.

Os primeiros passos

O processo de seleção de um sensor de caudal começa com a determinação se a informação de caudal deve ser contínua ou totalizada e se é necessária local ou remotamente. Qual é a frequência mínima de atualizações de dados necessária (se partilhadas) se a transmissão for analógica, digital ou partilhada remotamente? Após as respostas a estas questões, é necessário avaliar as propriedades e características de caudal do fluido do processo e da tubagem que irá acomodar o caudalímetro.

Características do Fluido e do Caudal

Listamos o fluido e a sua temperatura, pressão, queda de pressão permitida, densidade (ou gravidade específica), condutividade, viscosidade (newtoniana ou não?) e pressão de vapor à temperatura máxima de funcionamento, bem como a forma como estas propriedades podem variar ou interagir. Além disso, devem ser fornecidas todas as informações de segurança ou toxicidade, bem como informações sobre a composição do fluido, presença de bolhas, sólidos (abrasivos ou moles), tamanho das partículas, fibras, tendência para o revestimento e transmissão de luz.

Gamas de pressão e temperatura

Os valores normais de funcionamento devem ser acompanhados pelas pressões e temperaturas mínimas e máximas previstas. É importante informar se o fluxo é inverso, se nem sempre preenche a tubagem, se pode ocorrer fluxo lento, se há probabilidade de aeração ou pulsação, se podem ocorrer mudanças bruscas de temperatura ou se é necessário tomar precauções especiais durante a limpeza e manutenção.

Área para tubagem e instalação

Devem ser fornecidas as seguintes informações sobre a tubagem e a localização do caudalímetro: para a tubagem, o seu tamanho, material, programação, classificação de pressão do flange, acessibilidade, curvas a montante ou a jusante, válvulas, reguladores e comprimentos disponíveis de tubo reto.

Em relação à área, o engenheiro responsável pela especificação deve saber se as vibrações ou campos magnéticos estão presentes ou são possíveis, se existe energia elétrica ou pneumática disponível, se a área está classificada para riscos de explosão ou se existem outros requisitos especiais, como a conformidade com as normas sanitárias ou de limpeza no local (CIP).

Precisão e caudais

O passo seguinte é determinar a gama necessária do contador, identificando os caudais mínimo e máximo (mássico ou volumétrico) que serão medidos. Em seguida, deve ser determinada a precisão da medição do caudal. Na maioria dos casos, a precisão é especificada em percentagem da leitura real (AR), em percentagem do intervalo calibrado (CS) ou em percentagem da escala completa (FS). Os caudais mínimo, normal e máximo devem ter requisitos de precisão separados. É possível que o desempenho do seu medidor não seja aceitável em toda a sua gama, a menos que esteja ciente destes requisitos.

Fiabilidade vs. Precisão

Nas aplicações em que os produtos são vendidos ou comprados com base na leitura do contador, a precisão absoluta é fundamental. Noutras aplicações, a repetibilidade pode ser maismais importante do que a precisão absoluta. Assim, é aconselhável especificar nas especificações os requisitos de precisão e repetibilidade para cada aplicação em separado.

Quando a precisão de um caudalímetro é expressa em % CS ou % FS, o seu erro absoluto aumentará à medida que o caudal medido desce. Em caudais altos ou baixos, o erro em termos absolutos permanece o mesmo se o erro do medidor for expresso em % AR. Um sensor com desempenho em % FS terá sempre um erro maior do que um com a mesma especificação em % CS, uma vez que o fundo de escala é sempre uma quantidade superior ao span calibrado (CS). Assim, é aconselhável converter todas as declarações de erro citadas nas mesmas unidades em % AR para que todas as propostas possam ser comparadas de forma justa.

Por exemplo, o erro de uma placa de orifício é expresso em % AR, enquanto o erro da célula d/p associada é expresso em % CS ou % FS. O erro da instalação também pode ser comparado com base no seu erro total. Tal como num medidor Coriolis, a imprecisão de um medidor Coriolis é a soma de dois erros, um em % AR e outro em % FS. A imprecisão total é calculada pela raiz quadrada dos erros dos componentes no caudal desejado.

Nas especificações bem elaboradas de caudalímetros, todas as declarações de precisão são convertidas em unidades uniformes de % AR e estes requisitos de % AR são especificados separadamente para caudais mínimos, normais e máximos. As especificações e propostas dos contadores de caudal devem indicar claramente a precisão e a repetibilidade do contador em caudais mínimos, normais e máximos.

Os dados sobre as gamas de números de Reynolds (Re ou RD) dentro das quais diferentes projetos de caudalímetros podem operar são apresentados na Tabela 1. É importante determinar os números de Reynolds mínimo e máximo para uma aplicação ao selecionar o caudalímetro correto. Quando o caudal, a densidade e a viscosidade estão nos seus valores máximos, obtém-se a RD máxima. Por outro lado, a RD mínima é obtida se o caudal, a densidade e a viscosidade estiverem nos seus valores mínimos.

Unidades de massa ou volume

A escolha de um caudalímetro deve também basear-se na utilidade da informação de caudal quando apresentada em unidades de massa ou volumétricas. Quando se mede o caudal de materiais compressíveis, o caudal volumétrico não é muito significativo, a não ser que a densidade (e por vezes também a viscosidade) seja constante. A presença de bolhas em suspensão provocará erros na medição da velocidade (caudal volumétrico) de líquidos incompressíveis, pelo que o ar e o gás devem ser removidos antes de o fluido atingir o medidor. Os revestimentos de tubagem noutros sensores de velocidade podem causar problemas (ultrassónicos), ou o medidor pode deixar de funcionar se o número de Reynolds for demasiado baixo (nos medidores de desprendimento de vórtices, é necessário RD > 20.000).

Manutenção de um Medidor de Caudal

Vários fatores influenciam os requisitos de manutenção e a expectativa de vida útil dos caudalímetros. O principal fator, claro, é a escolha do instrumento certo para a aplicação específica. Dispositivos mal selecionados causarão invariavelmente problemas numa fase inicial. Os contadores de caudal sem peças móveis requerem geralmente menos atenção do que as unidades com peças móveis. Mas todos os caudalímetros eventualmente requerem alguma manutenção.