Medidores de caudal de vapor: Tipos, aplicações, características e funcionalidades

Os caudalímetros de vapor desempenham um papel crucial na medição exacta do vapor. No caso do vapor, a energia está principalmente contida no calor latente e, em menor grau, no calor sensível do fluido. Neste contexto, os caudalímetros de vapor são essenciais para quantificar o caudal de vapor.

A maioria dos caudalímetros de vapor mede a velocidade ou o caudal volumétrico do vapor e, a menos que se tenha cuidado, as propriedades físicas do vapor afectarão a capacidade de medir e definir com precisão um caudal mássico.

O vapor é um fluido compressível; por conseguinte, uma redução da pressão resulta numa redução da densidade.

Os caudalímetros de vapor têm de ter em conta esta compressibilidade quando efectuam medições. A temperatura e a pressão nas linhas de vapor são dinâmicas e os caudalímetros de vapor têm de se adaptar a estas variações.

Alterações na dinâmica do sistema, no funcionamento do sistema de controlo e na calibração do instrumento podem levar a diferenças consideráveis entre a pressão/temperatura real e os parâmetros de conceção dos medidores de caudal de vapor.

A medição exacta do caudal de vapor requer geralmente a medição da temperatura, da pressão e do caudal de fluido, utilizando caudalímetros de vapor especializados.

Esta informação é transmitida a um dispositivo eletrónico ou computador de caudal (interno ou externo ao sistema eletrónico dos caudalímetros de vapor) e o caudal é corrigido (ou compensado) para as condições reais do fluido.

É importante que os caudalímetros de vapor forneçam medições precisas para garantir um controlo eficiente do sistema de vapor.

Factores a considerar ao selecionar um medidor de caudal de vapor

A seleção de um medidor de caudal de vapor é uma decisão crucial para garantir medições precisas e um funcionamento eficiente em aplicações industriais e de processo. Para fazer a melhor escolha, é importante considerar vários factores-chave:

• Gama de caudalAvaliar a gama de caudais de vapor que se espera medir na sua aplicação. Certifique-se de que o medidor selecionado é capaz de cobrir esta gama de forma eficaz. Considere os caudais máximo e mínimo.
• Exatidão necessáriaDefina a precisão necessária para as suas medições. As aplicações críticas podem exigir uma maior precisão, enquanto noutras situações uma precisão moderada pode ser suficiente.
• Pressão e temperaturaVerificar as condições de pressão e temperatura em que o medidor de caudal de vapor irá funcionar. Certificar-se de que o medidor selecionado é compatível com estas condições e pode fornecer medições precisas.
• Material de construçãoConsiderar os materiais de construção do medidor de caudal. Devem ser compatíveis com as propriedades químicas do vapor e resistir à corrosão ou à erosão, se necessário.
• Tamanho do tuboCertifique-se de que o contador é adequado para o tamanho do tubo em que vai ser instalado. Alguns contadores podem ser utilizados numa vasta gama de diâmetros de tubos, enquanto outros são concebidos para tamanhos específicos.
• Requisitos de manutençãoAvaliar os requisitos de manutenção do medidor. Alguns contadores podem necessitar de calibração ou limpeza periódicas, enquanto outros podem ser mais autónomos.
• Facilidade de instalaçãoConsidere a facilidade de instalação do contador no seu sistema. Alguns contadores podem exigir modificações significativas na tubagem, enquanto outros podem ser instalados mais facilmente.
• Compatibilidade com protocolos de comunicaçãoSe for necessário integrar o medidor num sistema de controlo ou monitorização, verificar se suporta os protocolos de comunicação necessários, como Modbus, HART ou Profibus.
• Custo total de propriedadePara além do custo inicial do contador, considere os custos ao longo da sua vida útil, incluindo a manutenção, a calibração e quaisquer peças sobresselentes necessárias.
• Regulamentos e normasCertifique-se de que o medidor está em conformidade com os regulamentos e normas aplicáveis ao seu sector e localização geográfica.
• Apoio técnico e serviço pós-vendaVerificar a disponibilidade de assistência técnica e serviço pós-venda do fabricante ou fornecedor do contador. Um bom serviço pós-venda pode ser essencial em caso de problemas ou necessidades de manutenção.
• História e reputação do fabricantePesquise a reputação e o historial do fabricante do medidor. Os fabricantes experientes e com boa reputação tendem a oferecer produtos de maior qualidade e mais fiáveis.

Ao considerar estes factores e ao realizar uma avaliação detalhada das suas necessidades específicas, poderá selecionar o medidor de caudal de vapor mais adequado para a sua aplicação, garantindo medições precisas e um funcionamento eficiente do seu sistema.

Tipos de abordagens à medição do caudal de vapor

As abordagens de medição volumétrica utilizadas na medição de vapor podem ser divididas em duas concepções operacionais principais:

Diferencial de pressão

Esta abordagem de medição baseia-se na diferença de pressão entre dois pontos de um tubo ou conduta através dos quais o vapor flui. A medição da pressão diferencial é uma técnica comum para medir o caudal de vapor. Consiste na instalação de um elemento restritivo, como uma placa de orifício ou um tubo de Venturi, na linha de vapor.

Quando o vapor passa através desta restrição, é criada uma diferença de pressão que está relacionada com a velocidade do caudal. Os sensores de pressão instalados a montante e a jusante da restrição registam estas diferenças de pressão, o que permite calcular o caudal volumétrico do vapor. Este método é amplamente utilizado devido à sua simplicidade e exatidão.

Tecnologias de medição de velocidade

Esta abordagem envolve a medição direta da velocidade do fluxo de vapor para calcular o caudal volumétrico. Existem várias tecnologias utilizadas para medir a velocidade do vapor, como os caudalímetros ultra-sónicos e os caudalímetros de vórtice.

Os caudalímetros ultra-sónicos utilizam ondas ultra-sónicas para medir a velocidade do vapor, enquanto os caudalímetros de vórtice detectam a geração de vórtices no vapor e utilizam esta informação para calcular a velocidade. Estes métodos são adequados quando é necessária uma medição de elevada precisão e não se deseja a queda de pressão associada aos elementos restritivos utilizados no método da pressão diferencial.

É importante notar que tanto a abordagem do diferencial de pressão como as tecnologias de medição da velocidade têm as suas próprias vantagens e limitações. A escolha do método de medição dependerá das necessidades específicas da aplicação, das características do sistema de vapor e dos recursos disponíveis.

CONTEÚDOS ÚTEIS - 5 tecnologias de caudalímetros para medição do caudal de vapor

Para além disso, quando se mede vapor, é fundamental ter em conta que o vapor é um fluido compressível, o que significa que a sua densidade varia com a pressão e a temperatura. Isto acrescenta um nível adicional de complexidade à medição de vapor, uma vez que os caudalímetros de vapor têm de ter em conta estas alterações na densidade para fornecer medições precisas.

Por conseguinte, a seleção e calibração adequadas dos medidores de caudal de vapor são essenciais para garantir uma medição precisa e fiável nos sistemas de vapor.

Medidores de caudal de vapor com diferencial de pressão

Para o vapor, destacam-se três caudalímetros de pressão diferencial: o caudalímetro de orifício, o caudalímetro Annubar e o caudalímetro de área variável com mola. Todos os caudalímetros de pressão diferencial dependem da relação entre a velocidade e a pressão dos fluidos em movimento para o seu funcionamento.

Medidor de caudal de vapor com placa de orifício

Historicamente, o medidor de caudal de placa de orifício é um dos medidores de caudal mais utilizados para medir o caudal de vapor. O medidor de caudal de placa de orifício para vapor funciona de forma idêntica ao utilizado para medir o caudal de gás natural.

Nos caudalímetros de vapor de placa de orifício, é utilizada uma restrição em forma de placa com um orifício concêntrico com o tubo, sendo esta restrição conhecida como "elemento primário".

A sua principal função é regular e controlar o fluxo de fluido, permitindo a passagem de uma quantidade precisa de fluido através do orifício central. A medição da pressão diferencial gerada por esta restrição é utilizada para quantificar o caudal.

A medição da pressão diferencial num manómetro de placa de orifício envolve a ligação de linhas de impulso de pontos de tomada de pressão a montante e a jusante do orifício a um dispositivo secundário especializado denominado "Transmissor DP" ou "Transmissor de pressão diferencial".

Este transmissor capta as variações de pressão entre os dois locais e converte-as num sinal eletrónico que pode ser interpretado e utilizado para calcular o caudal do fluido.

A utilização de um transmissor DP é essencial para garantir medições precisas e fiáveis na medição de caudal em placas de orifício.

Este dispositivo secundário é responsável por condicionar o sinal de pressão diferencial, compensar as variações de temperatura e pressão no sistema e transmitir os dados para sistemas de controlo ou registadores de dados para análise posterior.

Em resumo, o medidor de placa de orifício em conjunto com um transmissor DP é uma solução eficaz para a medição de caudal, que é utilizada numa grande variedade de aplicações industriais e de processos.

Na medição do vapor, o caudalímetros de vapor de placa de orifício são normalmente utilizados para monitorizar a produção de vapor da caldeira, a quantidade de vapor fornecida a um processo ou inquilino, ou em actividades de balanço de massa para cálculos de eficiência ou de tendências.

Medidor de caudal de vapor de área variável 

No caso do caudalímetro de vapor de área variável, é utilizado um tubo cónico vertical ou cone na linha de vapor, com a extremidade estreita a apontar para baixo. O medidor de caudal de vapor de área variável utiliza um flutuador que se pode mover livremente dentro do tubo.

À medida que o vapor flui através do tubo cónico, a posição do flutuador ajusta-se em resposta a duas forças opostas:

• A força dinâmica ascendente exercida pelo vapor à medida que este flui através do cone.
• A força descendente resultante da massa do flutuador.

O equilíbrio entre estas duas forças determina a posição do flutuador no interior do medidor. Esta posição do flutuador é usada para indicar o caudal de vapor atual. A posição do flutuador no medidor de caudal de vapor de área variável é uma representação visual do caudal de vapor no sistema.

Na prática, o medidor de caudal de vapor de área variável é uma combinação de componentes-chave:

• Um flutuador especificamente selecionado para proporcionar um peso adequado e resistência química ao vapor. O material de flutuador mais comum utilizado é o aço inoxidável de grau 316, embora possam ser utilizados outros materiais, como Hastalloy C, alumínio ou PVC, em aplicações específicas.
• Um tubo cónico concebido para fornecer uma escala de medição tipicamente na gama de 40 mm a 250 mm, adequada ao caudal de vapor pretendido. O tubo é normalmente construído em vidro ou plástico, embora em situações em que o tubo possa ser propenso a falhas perigosas, possam ser utilizadas coberturas de proteção ou tubos metálicos.
• Para a leitura do caudal, em aplicações com tubos transparentes, a posição do flutuador é observada numa escala. Em situações de alta temperatura, em que o material do tubo é opaco, é utilizado um dispositivo magnético para indicar a posição do flutuador.

Uma vez que a área anular em torno do flutuador no medidor de caudal de vapor de área variável aumenta com o caudal de vapor, a diferença de pressão através do dispositivo tende a permanecer relativamente constante, permitindo uma indicação precisa do caudal de vapor no sistema.

Estes caudalímetros de pressão diferencial desempenham um papel importante na medição exacta do caudal de vapor e são utilizados numa variedade de aplicações para monitorizar e controlar o vapor em sistemas industriais e de caldeiras.

Medidor de caudal de área variável com mola

O medidor de caudal de área variável com mola é uma variação do rotâmetro. Existem configurações alternativas, mas, em geral, o caudal actua contra um flutuador ou obturador montado numa mola. O flutuador pode ser concebido para proporcionar uma relação linear entre a pressão diferencial e o caudal.

Outra variação do caudalímetro de área variável com mola é o caudalímetro de área variável diretamente em linha, que utiliza um sensor de extensometria na mola em vez de um sensor de pressão diferencial.

Medidores de caudal de velocidade de vapor

Os medidores de caudal de vapor baseados na velocidade são dispositivos fundamentais na medição do caudal de vapor. Estes medidores detectam alguma caraterística do caudal que está diretamente relacionada com a velocidade do vapor. Dois dos principais tipos de medidores de caudal de velocidade utilizados para medir o caudal de vapor são o medidor de turbina e o medidor de vórtice.

Medidor de caudal de turbina

No medidor de caudal de turbina, um dispositivo semelhante a um impulsor com várias pás está localizado dentro do fluxo de vapor. Este impulsor está posicionado horizontalmente em relação ao fluxo de vapor. À medida que o vapor passa através das pás da turbina, o impulsor roda a uma velocidade que está diretamente relacionada com a velocidade do vapor que passa através dele.

A velocidade das pás pode ser detectada por várias técnicas, como a captação magnética, a engrenagem mecânica ou as fotocélulas. As pulsações geradas pela rotação das pás são proporcionais à velocidade do vapor e, portanto, ao caudal de vapor.

O medidor de caudal de turbina é valorizado pela sua precisão na medição do caudal de vapor e pela sua capacidade de fornecer leituras em tempo real. É utilizado em aplicações em que é necessária uma medição precisa e rápida do caudal de vapor, como em processos industriais e sistemas de produção de energia.

Medidor de caudal com derramamento de vórtice

O medidor de caudal de derramamento de vórtice é outro tipo de medidor de velocidade utilizado na medição do fluxo de vapor. Este medidor funciona através da deteção de perturbações no caudal de vapor em torno de um corpo estacionário chamado "corpo de bluff", que é colocado no centro do fluxo de vapor.

À medida que o vapor flui em torno deste corpo de blefe, são criados redemoinhos ou vórtices a jusante. A frequência destes vórtices está diretamente relacionada com a velocidade do vapor. A deteção destas frequências permite calcular com precisão o caudal de vapor no sistema.

Os caudalímetros de vórtice são valorizados pela sua durabilidade e resistência a condições difíceis, como temperaturas e pressões elevadas. São especialmente úteis em aplicações em que é necessária uma medição fiável em ambientes industriais exigentes, tais como centrais eléctricas e químicas.

Os medidores de caudal de vapor baseados na velocidade, como os medidores de turbina e os medidores de vórtice, desempenham um papel crucial na medição exacta do caudal de vapor numa variedade de aplicações industriais. Estes dispositivos fornecem informações essenciais para um controlo eficiente dos sistemas de vapor e para a monitorização de processos críticos.

Aplicações industriais dos medidores de caudal de vapor

Os medidores de caudal de vapor são ferramentas críticas numa grande variedade de aplicações industriais, onde a precisão e o controlo do caudal de vapor são fundamentais para o funcionamento eficiente dos processos. Cada tipo de medidor de caudal de vapor tem características únicas e é adequado para diferentes aplicações industriais.

A seguir, vamos desenvolver exemplos de aplicação para quatro tipos específicos de medidores de caudal de vapor: medidor de caudal de vapor de placa de orifício, medidor de caudal de vapor de área variável, medidor de caudal de área variável com mola e medidor de caudal de derramamento de vórtice.

Medidor de caudal de vapor com placa de orifício

• Produção de energiaOs medidores de caudal de vapor com placa de orifício são utilizados em centrais eléctricas para medir o caudal de vapor que acciona as turbinas e gera eletricidade. Isto permite um controlo preciso da produção de energia eléctrica e garante que a central funciona de forma eficiente.
• Processos químicosNa indústria química, estes medidores são utilizados para controlar o fluxo de vapor em várias fases de produção e reacções químicas. Isto é crucial para garantir a qualidade e a eficiência dos processos químicos.

Medidor de caudal de vapor de área variável

• Aquecimento e ar condicionadoNos sistemas de aquecimento central, os caudalímetros de vapor de área variável são utilizados para medir o caudal de vapor que fornece calor aos edifícios e aos processos de ar condicionado.
• Processos de esterilizaçãoEm aplicações farmacêuticas e alimentares, são utilizados para controlar o fluxo de vapor durante os processos de esterilização e pasteurização.

Medidor de caudal de área variável com mola

• Indústria do petróleo e do gásNa medição de vapor em poços de petróleo e gás, estes medidores são utilizados para determinar a quantidade de vapor gerada durante a recuperação de hidrocarbonetos.
• Caldeiras industriaisNas caldeiras industriais, estes contadores medem o caudal de vapor utilizado na produção de energia térmica para os processos industriais.

Medidor de caudal com derramamento de vórtice

• Refinarias de petróleoSão utilizados em refinarias para medir o fluxo de vapor em várias etapas de processamento, como a destilação e a conversão catalítica.
• Fabrico de produtos químicosNa produção química, estes medidores são utilizados para controlar o fluxo de vapor em reacções e operações de separação.

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