Medidores de caudal de orifício vs. medidores de caudal de cunha: Entendendo as diferenças

Os medidores de caudal de orifício e os medidores de caudal de cunha pertencem ao tipo de medidores de caudal de secção transversal constante e pressão diferencial. Por outras palavras, partilham o mesmo conceito.

Um medidor de caudal de orifício envolve a inserção de uma placa circular com um orifício no meio numa tubagem e, em seguida, a medição da diferença de pressão do vapor antes e depois da placa de orifício. O caudal de vapor é então calculado com base nestes dados.

medida que o caudal de vapor é restringido na placa de orifício, a pressão estática diminui e o caudal aumenta, resultando numa diferença de pressão antes e depois da placa de orifício. De acordo com a equação da continuidade (lei da conservação da massa) e a equação de Bernoulli (lei da conservação da energia), o caudal é proporcional à diferença de pressão: M2∝ΔP, em que M é o caudal e ΔP é a diferença de pressão.

O sinal de diferença de pressão é transmitido a um transmissor de pressão diferencial através de linhas de impulso, sendo depois enviado para um integrador de caudal, que calcula o caudal com base no sinal de diferença de pressão. Adicionalmente, a temperatura e a pressão do vapor são medidas por sensores de temperatura e pressão, e o integrador de caudal calcula o caudal compensado com base na temperatura e pressão actuais.

Um medidor de caudal em cunha funciona restringindo o fluxo de fluido com uma cunha, criando uma diferença de pressão a montante e a jusante da cunha que é proporcional ao quadrado do caudal. Esta diferença de pressão é obtida a partir de duas tomadas de pressão em cada lado da cunha e enviada para um transmissor de pressão diferencial para a converter num sinal elétrico de saída. Este sinal é então processado por um integrador de caudal especializado para determinar o caudal.

Porquê escolher um medidor de caudal de orifício

Porquê escolher um medidor de caudal de orifício

Vantagens:

1. Design robusto e fiável: A estrutura do dispositivo de estrangulamento é simples, facilmente replicável e durável, garantindo um desempenho estável e uma longa vida útil.
2. Adequados para tubagens de grande diâmetro: Os caudalímetros de orifício são frequentemente a escolha preferida para tubagens com diâmetros superiores a DN 600 mm, o que os torna ideais para aplicações industriais de elevada capacidade.
3. Durabilidade: A construção robusta dos caudalímetros de orifício contribui para a sua longevidade, reduzindo a necessidade de substituições frequentes.
4. Opções de Calibração Abrangentes: Embora a calibração de componentes individuais seja comum, os avanços tecnológicos estão a melhorar as capacidades globais de calibração do sistema.
5. Económicos: Os medidores de caudal de orifício oferecem um equilíbrio entre desempenho e acessibilidade, tornando-os uma escolha económica para muitas aplicações industriais.

Desvantagens:

1. Requisitos de instalação complexos: A instalação precisa do dispositivo de estrangulamento, das linhas de impulso e dos recipientes de condensado exige uma atenção cuidadosa aos pormenores e técnicos qualificados.
2. Desafios de calibração: A calibração de todo o sistema continua a ser difícil, uma vez que os sensores individuais (pressão diferencial, pressão e temperatura) são normalmente calibrados separadamente, afectando potencialmente a precisão global.
3. Erosão e degradação da precisão: A estrutura da placa de orifício causa quedas de pressão significativas e velocidades de fluxo aumentadas, levando à erosão ao longo do tempo. Isto é particularmente problemático quando se medem líquidos facilmente vaporizados como o gás liquefeito ou o propileno, onde as alterações das propriedades do fluido podem acelerar a erosão e reduzir a exatidão.
4. Elevado consumo de energia: A perda substancial de pressão estática através da placa de orifício resulta em maiores necessidades de energia para bombas e motores, o que entra em conflito com os objectivos modernos de eficiência energética.
5. Rangeabilidade limitada: Os medidores de caudal de orifício têm normalmente um rácio de abertura inferior em comparação com outros tipos de medidores de caudal, o que pode limitar a sua eficácia em aplicações com caudais muito variáveis.
6. Potencial de incrustação: Em determinadas aplicações, a placa de orifício pode ser suscetível de entupir ou colmatar, particularmente com fluidos viscosos ou carregados de partículas, necessitando de manutenção regular.
7. Requisitos de tubagem reta: Os medidores de caudal de orifício requerem muitas vezes tubagens rectas significativas a montante e a jusante para garantir a precisão, o que pode ser um desafio em instalações com limitações de espaço.

Porquê escolher um medidor de caudal em cunha

Porquê escolher um medidor de caudal em cunha

Vantagens:

1. Desempenho excecional com fluidos difíceis: Os caudalímetros de cunha são excelentes na medição de meios com elevada viscosidade, baixos números de Reynolds, partículas em suspensão ou gases arrastados. Esta versatilidade torna-os ideais para aplicações industriais complexas.
2. Precisão independente do fluido: A precisão da medição não é afetada pela constante dieléctrica ou por outras propriedades do fluido, garantindo um desempenho consistente em vários meios.
3. Design anti-entupimento: A obstrução única em forma de cunha cria um efeito de deflexão, reduzindo significativamente o risco de entupimentos e garantindo um funcionamento fiável a longo prazo.
4. Capacidades de compensação avançadas: As funções incorporadas ajustam-se às alterações na viscosidade, temperatura e densidade do fluido, mantendo a exatidão em condições de processo variáveis.
5. Construção robusta: Altamente resistentes a vibrações, choques, contaminação e corrosão, o que os torna adequados para ambientes industriais agressivos.
6. Medição de caudal bidirecional: Capaz de medir com precisão o caudal em ambas as direcções, aumentando a versatilidade em sistemas de tubagens complexos.
7. Sustentabilidade e eficácia de custos: A estrutura simples e robusta contribui para uma elevada fiabilidade, fácil instalação e baixos custos de funcionamento e manutenção, apoiando os objectivos de eficiência energética e de redução de emissões.
8. Funcionamento sem manutenção: A ausência de peças móveis ou componentes sujeitos a desgaste elimina a necessidade de recalibração durante a utilização a longo prazo, reduzindo o tempo de inatividade e as despesas de manutenção.

Desvantagens:

1. Custo inicial mais elevado: Os caudalímetros de cunha têm normalmente um preço de compra mais elevado em comparação com as placas de orifício tradicionais.
2. Calibração individual: Cada unidade requer uma calibração específica, o que pode aumentar os prazos de entrega e complicar a gestão do inventário.
3. Normalização limitada: O campo carece de dados abrangentes e de normas estabelecidas para a conceção, fabrico, cálculos, instalação e utilização, o que pode complicar os processos de engenharia e de aquisição.

Precauções para a instalação

10 precauções para a instalação de um medidor de caudal de orifício:

1. Antes de instalar o instrumento, a tubagem do processo deve ser limpa com um sopro para evitar que substâncias ferromagnéticas adiram ao instrumento, o que poderia afetar o desempenho do instrumento ou mesmo danificá-lo. Se tal for inevitável, deve ser instalado um filtro magnético na entrada do instrumento. O próprio instrumento não deve ser soprado com ar antes de ser colocado em funcionamento para evitar danos.
2. O instrumento deve ser verificado quanto a danos antes da instalação.
3. A instalação do instrumento pode ser vertical ou horizontal. Se for instalado verticalmente, o ângulo entre a linha central do instrumento e a linha vertical deve ser inferior a 2°. Se for instalado horizontalmente, o ângulo entre a linha central horizontal do instrumento e a linha horizontal deve ser inferior a 2°.
4. As tubagens a montante e a jusante do instrumento devem ter o mesmo diâmetro que o instrumento. As flanges ou roscas utilizadas para ligar a tubagem devem corresponder às flanges e roscas do instrumento. A secção do tubo reto a montante deve ser, pelo menos, cinco vezes superior ao diâmetro nominal do instrumento e a secção do tubo reto a jusante deve ser igual ou superior a 250 mm.
5. Uma vez que o sinal do instrumento é transmitido por acoplamento magnético, não deve haver substâncias ferromagnéticas num raio de 250px à volta da instalação para garantir o desempenho do instrumento.
6. Se o instrumento medir gás, está calibrado a uma pressão específica. Se o gás for descarregado diretamente para a atmosfera a partir da saída do instrumento, provocará uma queda de pressão no flutuador e distorcerá os dados. Se for este o caso, deve ser instalada uma válvula na saída do instrumento.
7. O instrumento instalado na tubagem não deve ser sujeito a tensões. A entrada e a saída do instrumento devem ter suportes de tubagem adequados para manter o instrumento num estado de tensão mínima.
8. Ao instalar um instrumento com um revestimento de PTFE, devem ser tomadas precauções especiais. Sob pressão, o PTFE deforma-se, pelo que as porcas da flange não devem ser apertadas com demasiada força.
9. Os instrumentos com ecrãs LCD devem ser instalados de modo a evitar que a luz solar direta incida sobre o ecrã e reduza a vida útil do LCD.
10. Para a medição de meios a baixa temperatura, deve ser selecionado um tipo com camisa.

28 precauções para a instalação do medidor de caudal de placa de orifício

1. O medidor de caudal de placa de orifício não deve ser instalado na tubagem formada.
2. Deve prestar-se atenção ao comprimento da secção reta do tubo antes e depois do medidor de caudal.
3. Para os caudalímetros electromagnéticos e de massa com requisitos de ligação à terra, esta deve ser efectuada de acordo com as instruções.
4. Durante o processo de soldadura da tubagem, o fio de ligação à terra deve evitar o corpo do instrumento para evitar que a corrente de ligação à terra passe através do corpo do instrumento e danifique o instrumento.
5. Durante o soldadura por processoA corrente de ligação à terra não deve passar através do tubo de pressão capilar do instrumento de flange simples ou dupla.
6. Para os tubos de guia de pressão de média e alta pressão, soldadura por arco de árgon ou soldadura de encaixe. Para velocidades do vento >2m/s, devem ser adoptadas medidas à prova de vento. Se a velocidade do vento for superior a 8 m/s, a soldadura deve ser interrompida.
7. Prestar atenção à direção de instalação do dispositivo de tomada de pressão do medidor de caudal de placa de orifício.
8. É estritamente proibido aquecer ou aplanar tubos de guia de pressão em aço inoxidável.
9. A posição de instalação do tubo guia de pressão do instrumento, da conduta de ar e do tubo de passagem dos fios deve evitar impedir a operação de produção do processo no futuro, evitar locais de alta temperatura e corrosivos e deve ser firmemente fixada. A extremidade mais baixa do tubo de passagem de arame, de cima para baixo, deve ser inferior à entrada da cablagem do instrumento ligado. Juntas de vedação à prova de explosão em forma de Y ou em forma de cone devem ser adicionadas perto do lado do instrumento. O ponto mais baixo da conduta de ar principal do instrumento deve ter uma válvula de condensação (poluição).
10. As juntas de cobre utilizadas em instrumentos devem ser recozidas antes da utilização, devendo prestar-se atenção às condições de temperatura, meio e pressão admissíveis para as juntas de vários materiais.
11. Não é possível misturar sistemas de ligação à terra diferentes na caixa de junção dos instrumentos. Os fios de blindagem de todos os instrumentos devem ser ligados separadamente às camadas de blindagem superior e inferior e não devem ser torcidos entre si.
12. Se o instrumento estiver numa posição inconveniente para observação e manutenção, mudar a sua posição ou instalar uma plataforma.
13. Não deve haver juntas nos fios dos instrumentos e devem ser feitos registos ocultos. Para compensar as juntas dos fios, devem ser utilizadas ligações por soldadura ou pressão.
14. As soldaduras de aço inoxidável devem ser decapadas, passivadas e neutralizadas.
15. Para os instrumentos e acessórios que requerem desengorduramento, este deve ser efectuado rigorosamente de acordo com as especificações. Após o desengorduramento, a selagem e o armazenamento dos instrumentos e acessórios devem ser efectuados cuidadosamente para evitar a poluição secundária durante o armazenamento e a instalação.
16. É estritamente proibido o contacto direto das condutas de aço inoxidável com as de aço-carbono.
17. Os suportes para cabos galvanizados e em liga de alumínio são estritamente proibidos de soldadura eléctricacorte a gás e perfuração. Em vez disso, devem ser utilizadas ferramentas mecânicas de corte e perfuração, tais como lâminas de serra e máquinas de perfuração especiais.
18. Os tubos de aço inoxidável são estritamente proibidos de soldadura eléctricacorte a gás e puncionamento. Em vez disso, devem ser utilizados o corte e a perfuração por plasma ou mecânicos.
19. Para os tubos de passagem de fios de instrumentos em áreas propensas a explosões, a continuidade eléctrica deve ser mantida. Deve ser utilizada pasta condutora na rosca do tubo de passagem do fio do instrumento ligado à terra. A rosca do tubo de passagem de fio inferior ou igual a 36V deve ser, no mínimo, à prova de ferrugem. A rosca exposta não deve ser superior a um fio.
20. Nas zonas à prova de explosão, os tubos de passagem dos fios dos instrumentos devem manter a continuidade eléctrica.
21. A resistência de isolamento das linhas de instrumentos abaixo de 100V deve ser medida com um medidor de vibração de 250V e deve ser ≥5 megohms.
22. Os caminhos de cabos em liga de alumínio devem ser ligados com fios de curto-circuito, enquanto os caminhos de cabos galvanizados devem ter pelo menos dois parafusos anti-afrouxamento apertados. Para os suportes para cabos com menos de 30 metros, ambas as extremidades devem ser ligadas à terra de forma fiável e, para os suportes com mais de 30 metros, deve ser adicionado um ponto de ligação à terra a cada 30 metros.
23. Quando as linhas de instrumentos de diferentes sistemas de ligação à terra ou as linhas de instrumentos partilham o mesmo suporte para cabos, deve ser utilizada uma divisória metálica para as separar.
24. É estritamente proibida a utilização de gás métodos de soldadura durante a instalação e o processamento de painéis de instrumentos, armários, caixas e mesas. A soldadura não deve ser utilizada para a instalação e fixação, e puncionamento mecânico para a abertura de furos.
25. A extremidade cega do aparelho de aquecimento e retorno não deve ser superior a 100 mm.
26. Deve ser adicionada uma tampa de tubo ao orifício de descarga da válvula de drenagem do transmissor para evitar fugas na válvula, especialmente em áreas à prova de explosão.
27. Uma extremidade do instrumento e do respetivo tabuleiro de cabos, tubo de impulso e tubo de pressão deve ser fixada na área de expansão térmica (como torres e acessórios que se movem com a expansão térmica da torre) e a outra extremidade deve ser fixada na área de não expansão térmica (como salas de proteção do trabalho). Ao ligar o instrumento, os tubos flexíveis, os tabuleiros de cabos e os tubos de impulso devem ser deixados com uma certa margem de expansão térmica de acordo com a situação real no local.
28. Os suportes para cabos e as condutas ligadas à torre devem ser equipados com juntas de dilatação térmica ou ligações flexíveis, de acordo com a situação real no local.

4 precauções para a instalação e utilização de medidores de caudal em cunha:

1. Instalar de acordo com a direção indicada no medidor de caudal em cunha

Embora alguns artigos e materiais afirmem que não existe qualquer requisito de direção para a instalação de medidores de caudal em cunha e que estes podem ser utilizados para medir o caudal inverso, o princípio de medição dos medidores de caudal em cunha mostra que, se for utilizada uma cunha normalizada em forma de V, o estrangulamento do fluido é o mesmo tanto para o caudal para a frente como para o caudal inverso.

No entanto, os fabricantes rotulam a direção do fluxo de fluido no corpo do medidor de vazão em cunha. Olhando para os dois flanges finais do medidor de vazão em cunha, a posição de instalação da cunha não está no centro do medidor de vazão em cunha.

Por conseguinte, é importante instalar o medidor de caudal em cunha na direção indicada no dispositivo para evitar o aumento dos erros de medição causados por uma direção de instalação incorrecta.

2. Direção da interface de tomada de pressão

De acordo com as directrizes relativas à tomada de pressão para instrumentos de medição, quando se mede o fluxo de gás, a interface de tomada de pressão está localizada na parte central e superior do elemento de estrangulamento, quando se mede o fluxo de líquido, a interface de tomada de pressão está localizada na parte central e inferior do elemento de estrangulamento, e quando se medem meios sujos e contaminados, a interface de tomada de pressão está localizada no meio do elemento de estrangulamento.

No entanto, o bloco em cunha do medidor de caudal em cunha não está distribuído uniformemente na câmara interior do dispositivo e a posição da interface de tomada de pressão foi predefinida pelo fabricante, localizada acima e abaixo da soldadura do bloco em cunha no dispositivo.

Se a interface de tomada de pressão estiver instalada na parte média e inferior da tubagem quando se mede o líquido, o bloco de cunha no interior do medidor de caudal em cunha também está localizado na parte média e inferior da tubagem.

Isto significa que o fluido tem de escoar a partir da parte superior do medidor de caudal em cunha, o que pode fazer com que as impurezas se depositem na parte inferior do dispositivo, levando ao risco de bloquear a interface de tomada de pressão em frente do bloco em cunha e causando falhas na medição. Por conseguinte, durante a instalação, é necessário diferenciar de acordo com a situação atual.

3. Instalação vertical de condutas

Recomenda-se instalar o medidor de caudal em cunha horizontalmente e minimizar a utilização da instalação vertical, uma vez que a calibração do ponto zero do medidor de caudal em cunha é difícil de efetuar numa instalação vertical.

A calibração do ponto zero do medidor de caudal em cunha requer que o fluido do processo encha o medidor de caudal em cunha. Depois de fechar as válvulas antes e depois da tubagem, o medidor de caudal deve ser calibrado, assegurando que o fluido do processo no interior do medidor de caudal em cunha se encontra num estado estático.

Uma vez que o instrumento de medição do caudal do elemento de estrangulamento não concebe geralmente uma instalação de remoção da linha secundária, não existem geralmente válvulas de corte do processo antes e depois do elemento de estrangulamento. Nesta situação, a calibração do medidor de caudal em cunha é mais difícil.

Se o medidor de caudal em cunha estiver instalado horizontalmente, podemos assumir que o fluido estático não tem um efeito adicional na pressão diferencial detectada pelo medidor de caudal em cunha.

Assim, basta fechar as válvulas de tomada de pressão frontal e traseira do medidor de caudal em cunha e ventilá-las para a atmosfera para obter a calibração do ponto zero do medidor de caudal.

Se o medidor de caudal em cunha for instalado verticalmente, será gerada uma pressão estática na cavidade do medidor de caudal em cunha, o que aumentará o valor da pressão diferencial do transmissor de pressão diferencial na câmara de pressão positiva e fará com que o valor da pressão diferencial do ponto zero do medidor de caudal em cunha seja diferente de zero.

Além disso, serão gerados erros de pressão estática no tubo de pressão de referência da medição da pressão negativa. Por conseguinte, a calibração do ponto zero é difícil nesta altura.

Mesmo com um transmissor de flange dupla, podemos calcular a pressão estática adicionada pela medição de pressão negativa, mas só podemos calcular a densidade do meio medido com base no valor ideal durante o projeto.

O cálculo aproximado da pressão estática no interior do medidor de caudal em cunha e as revisões de calibração reduzem a fiabilidade do ponto zero.

Portanto, na instalação prática, é melhor não instalar o medidor de vazão em cunha verticalmente. Se o processo não puder cumprir os requisitos para a instalação horizontal, para além de garantir que o medidor de caudal em cunha é enchido com o fluido do processo, devemos também calcular com precisão a diferença de pressão modificada do ponto zero durante a instalação vertical. Não podemos simplesmente fechar as válvulas de tomada de pressão positiva e negativa e efetuar a calibração do ponto zero.

4. Instalação da válvula de drenagem e de descompressão

No modo de medição de caudal do medidor de caudal em cunha + transmissor de flange dupla, deve ser instalada uma válvula de drenagem e de descompressão entre a válvula de descompressão e a peça de ligação de flange dupla.

Esta válvula é muito importante. Durante o processo de calibração do medidor de caudal, pode garantir que a pressão entre as flanges positiva e negativa é consistente com a pressão atmosférica para assegurar a fiabilidade da calibração e também garantir a segurança do pessoal de manutenção.

Se o transmissor de flange dupla estiver danificado e precisar de ser substituído, a válvula de drenagem e de descompressão pode determinar se a válvula de tomada de pressão está com fugas.

Só quando a segurança estiver garantida é que o transmissor de flange dupla pode ser removido. Muitas instalações técnicas omitem a instalação da válvula de drenagem e de alívio de pressão, o que é incorreto e deve ser corrigido.

Resumo: Independentemente do tipo de medidor de caudal, a instalação e a utilização devem ser efectuadas de acordo com as instruções do fabricante e tendo em consideração as suas características únicas.

Especificações técnicas

Especificações técnicas do medidor de caudal de orifício integrado:

1. Elevada precisão: 0,5%
2. Elevada estabilidade: melhor que 0,1% Fs por ano
3. Alta pressão estática: 40MPa
4. Não é necessário qualquer ajustamento para um funcionamento contínuo durante 5 anos
5. Efeito negligenciável da temperatura e da pressão estática
6. Resistente a altas sobrepressões

Tipo de ligação por flange (diâmetro pequeno) [tomada de pressão por flange]:

• Ligação: soldadura plana ou flange de soldadura topo a topo [norma de execução de flanges: JB/T8205-92]
• Meio: líquido viscoso, gás sujo
• Tomada de pressão: tomada de pressão de flange
• Precisão: ±0,5%, ±1%
• Tamanho do tubo: 15-80mm
• Repetibilidade: +0,1%
• Pressão: 0-42MPa
• Rácio de alcance: 10:1
• Temperatura: -100~800℃
• Número de Reynolds: 5×102-1×107
• Material: vários materiais

Aplicações

O medidor de caudal de orifício tem uma aplicação generalizada na medição contínua de caudais volumétricos e mássicos em diversos fluidos, incluindo líquidos, gases, gás natural e vapor. A sua versatilidade estende-se a numerosas indústrias, como a petrolífera, a química, a do gás natural, a metalúrgica, a da energia eléctrica, a farmacêutica, a do processamento alimentar, a agroquímica e a da proteção ambiental.

O medidor de caudal em cunha, um novo dispositivo de medição do caudal por pressão diferencial do acelerador, oferece vantagens únicas em cenários de medição de caudal difíceis. É excelente na medição precisa de caudais em fluidos de alta viscosidade, condições de baixo número de Reynolds (até 500) e aplicações caracterizadas por baixas velocidades de fluxo, pequenos caudais e grandes diâmetros de tubagem. Estas capacidades tornam o medidor de caudal em cunha uma ferramenta indispensável em situações em que os medidores de caudal convencionais podem ter dificuldade em manter a precisão.

Nas indústrias petroquímicas e químicas de carvão, os medidores de caudal em cunha têm encontrado particular destaque nas seguintes aplicações:

1. Unidades de refinação e fábricas de etileno, onde a medição precisa do caudal é fundamental para o controlo e a eficiência do processo
2. Manuseamento de meios contaminados e de elevada viscosidade, assegurando medições exactas apesar das difíceis propriedades dos fluidos
3. Condições de funcionamento extremas envolvendo alta temperatura, alta pressão e meios altamente abrasivos
4. Medição de fluxos multifásicos, tais como lama carvão-água (incluindo água negra e água de cinzas), lama óleo-cal e misturas heterogéneas semelhantes

A capacidade do medidor de caudal em cunha para manter a precisão e a fiabilidade nestas aplicações exigentes estabeleceu a sua reputação como uma solução de eleição para desafios complexos de medição de caudal em indústrias pesadas.