A precisão da medição de um instrumento quase sempre está diretamente relacionada a forma que o instrumento foi instalado, pois a instalação incorreta dos instrumentos pode comprometer o resultado da medição. A variável de processo VAZÃO de uma maneira geral sofre bastante com os ruidos, cousados por instalação incorreta e ou inadequada. Os metodos de medição de pressão por diferença de pressão não foge a essa regra. Pensando nisso criamos essa postagem onde iremos apresentar pontos que precisamos dar atenção no projeto para garantir uma medição mais correta e segura.
Veja na lista a seguir alguns detalhes que devem ser considerados nos projeto e na instalação de um elemento medidor de vazão baseado em pressão diferecial :
- Tubulações / spools de trechos retos com comprimentos necessários a montante(antes) e a jusante(depois) do medidor.
- Relação beta (relação do diâmetro do orifício do orifício para o diâmetro do tubo: β = d/D )
- Localizações das válvulas das tomadas de impulso de processo.
- Toque em terminar
- Posição do transmissor em relação ao tubo
- Curvas acentuadas nas tubulações introduzem turbulência em grande escala no fluxo.
Cotovelos, “Tês”, “Válvulas” e “Bombas” são algumas das causas mais comuns e causam as maiores turbulências.
Nos projetos muitas vezes apresentam curvas e cotovelos instalados em diversor planos da instalação seu impacto geralmente não são considerados gerando ainda mais ruidos e imprecisões nas medições.
Os descuidos nos arranjos das instalações perturbam o fluxo natural do fluido modificam o perfil natural de velocidade desse fluido tornando o fluido distorcido; Podemos apresentar o exemplo o gradiente de velocidade pode ser diferente em função da rugosidade da parede de um trecho da tubulação para outro.
Na corrente do fluido conforme os efeitos das caracteristicas das muitas interferências e outros pontos como parede da tubulação(etc). É comum surgir efeitos no fluido como redemoinhos, o que pode causar problemas na medição de vazão por pressão diferencial, estes dependem da aceleração linear ( mudança na velocidade em uma das dimensão) para medir a taxa de vazão do fuido.
Se o perfil de fluxo estiver distorcido o suficiente, a aceleração detectada no elemento pode ser muito grande ou muito pequena e, portanto, não representa adequadamente o fluxo de fluxo total.
Por esta razão, medidores de vazão baseados em pressão devem sempre estar localizados a montante de grandes distúrbios, como válvulas de controle e cotovelos de tubos, sempre que possível.
Mesmo os distúrbios localizados a jusante do elemento de fluxo podem afetar a precisão da medição se os distúrbios forem suficientemente graves e/ou próximos o suficiente do elemento de fluxo.
Infelizmente, tanto os distúrbios de fluxo a montante quanto a jusante são inevitáveis em todos os sistemas de fluidos, exceto nos mais simples.
Isso significa que devemos criar maneiras de estabilizar o perfil de velocidade de uma corrente de fluxo próximo ao elemento de fluxo para obter medições precisas da taxa de fluxo.
Uma maneira muito simples e eficaz de estabilizar um perfil de fluxo é fornecer comprimentos adequados de tubo reto à antes e depois do elemento de fluxo.
Com tempo suficiente, mesmo o fluxo mais caótico irá “se estabelecerá” em um perfil simétrico por conta própria.
A ilustração a seguir mostra o efeito no fluxo causado por uma conexão tipo “cotovelo” instalado em uma tubulação e como se conporta o perfil do retorno da velocidade no fluxo (assimétrico) e como o perfil de velocidade retorna a uma forma normal (simétrica) depois de percorrer um comprimento suficiente em um trecho reto de uma tubulação:
As recomendações para comprimentos mínimos de tubos retos a montante e a jusante variam significativamente com a natureza da perturbação(turbulencia), geometria da tubulação e elemento sensor de vazão.
Como regra geral, os elementos com uma relação beta menor (relação do diâmetro da restição “d” para o diâmetro do tubo “D”) são mais tolerantes a distúrbios, com dispositivos de fluxo perfilados (por exemplo, tubos de venturi, tubos de fluxo, cones em V) tendo a maior tolerância (Nota ).
Em última análise, você deve consultar a documentação do fabricante do elemento de fluxo para obter uma recomendação mais detalhada apropriada para qualquer aplicação específica.
Em aplicações em que comprimentos de tubulação retos suficientes são impraticáveis, existe outra opção para “domar” a turbulência gerada por distúrbios na tubulação.
Dispositivos chamados condicionadores de fluxo podem ser instalados a montante do elemento de fluxo para ajudar o perfil de fluxo a alcançar simetria em uma distância muito menor do que um simples tubo reto poderia fazer sozinho.
Os condicionadores de fluxo assumem a forma de uma série de tubos ou palhetas instaladas dentro do tubo, paralelas à direção do fluxo.
Esses tubos ou palhetas forçam as moléculas do fluido a viajar em caminhos mais retos, estabilizando assim o fluxo antes de entrar em um elemento de fluxo:
Nota: Elementos de fluxo com valores baixos de razão beta toleram maior perturbação no padrão de fluxo porque aceleram o fluxo em maior grau.
Isso pode ser melhor visualizado por um experimento mental onde imaginamos uma placa de orifício com uma razão beta muito grande (ou seja, uma onde o tamanho do furo é quase tão grande quanto o diâmetro do tubo): tal placa de orifício dificilmente aceleraria o fluido, o que significaria que um perfil de fluxo deformado entrando no furo provavelmente permaneceria deformado ao sair dele.
A aceleração transmitida a uma corrente de fluxo por um elemento beta baixo tende a ofuscar quaisquer assimetrias no perfil de fluxo.
No entanto, existem desvantagens no uso de elementos de beta baixo, sendo uma delas o aumento da perda de pressão permanente que pode se traduzir em aumento dos custos operacionais devido à perda de energia.
Instalação do medidor de vazão
Esta próxima fotografia mostra uma instalação de placa de orifício muito ruim, onde os requisitos de tubulação reta foram completamente ignorados:
Não só a placa de orifício é colocada muito perto de um cotovelo, como o cotovelo fica no lado a montante da placa de orifício, onde as perturbações têm o maior efeito!
A graça salvadora desta instalação é que ela não é usada para monitoramento ou controle crítico: é simplesmente uma indicação manual da taxa de fluxo de ar onde a precisão não é muito importante.
No entanto, é triste ver como uma instalação do medidor de orifício poderia ter sido tão facilmente melhorada com apenas uma simples realocação da placa de orifício ao longo do comprimento da tubulação.
Instalações ruins como essa são surpreendentemente comuns, devido à ignorância que muitos projetistas de tubulação têm sobre o projeto do medidor de vazão e os princípios operacionais.
De todos os critérios que devem ser avaliados ao projetar um layout de tubulação, é a localização ideal do medidor de vazão, pois muitas vezes essa análise não recebe a devida importância causando grandes impactos no resultado da medição.
Em aplicações onde a precisão é importante, a localização do medidor de vazão precisa ser uma prioridade nos projetos , mesmo q ue isso signifique um projeto de tubulação mais caro, complicado e/ou pouco atraente.
Outra fonte comum de problemas para medidores de vazão baseados em pressão é a localização inadequada do transmissor. Aqui, o tipo de fluxo de fluido de processo que está sendo medido determina como o instrumento de detecção de pressão deve ser localizado em relação ao tubo.
Para fluxo de gás e vapor, é importante que nenhuma porção de condensado de líquido se acumule nas linhas de impulso que levam a pressão ao transmissor, envitando que seja formada uma coluna de líquido nas linhas vertical e gere uma pressão que produza erros.
Para fluxos de líquido, é importante que nenhuma bolha de gás se acumule nas linhas de impulso, ou então essas bolhas podem deslocar o líquido das linhas e, assim, causar colunas de líquido verticais desiguais, o que (novamente) geraria uma pressão diferencial produtora de erros.
Para permitir que a gravidade faça o trabalho de evitar esses problemas, devemos localizar o transmissor acima do tubo para aplicações de fluxo de gás e abaixo do tubo para aplicações de fluxo de líquido.
Esta ilustração mostra ambas as instalações para um tubo horizontal:
As aplicações de vapor condensável (como medição de fluxo de vapor) têm sido tradicionalmente tratadas de forma semelhante às aplicações de medição de líquidos.
Aqui, o líquido condensado será coletado nas linhas de impulso do transmissor, desde que as linhas de impulso sejam mais frias do que o vapor que flui através do tubo (o que normalmente é o caso).
Colocar o transmissor abaixo do tubo permite que os vapores se condensem e preencham as linhas de impulso com líquido (condensado), que então atua como uma vedação natural protegendo o transmissor da exposição aos vapores quentes do processo.
Em tais aplicações, é importante que o técnico preencha previamente ambas as linhas de impulso com líquido condensado antes de colocar o medidor de vazão em serviço.
Para isso, são fornecidas conexões em “T” com plugues removíveis ou válvulas de enchimento. A falha no pré-preenchimento das linhas de impulso provavelmente resultará em erros de medição durante a operação inicial, pois os vapores condensados inevitavelmente preencherão as linhas de impulso em taxas ligeiramente diferentes e causarão uma diferença nas alturas verticais da coluna líquida dentro dessas linhas.
Deve-se notar que algumas instalações de elementos de fluxo de vapor, no entanto, funcionarão bem se as linhas de impulso estiverem acima do tubo.
Se tal instalação for possível, a vantagem de não ter que lidar com linhas de impulso de pré-enchimento (ou esperar que o vapor condense em níveis iguais em ambas as linhas) é significativa.
Se for necessário fazer furos de rosca no tubo (ou flanges) no local do processo, deve-se tomar muito cuidado para perfurar e rebarbar adequadamente os furos.
Um furo de torneira com sensor de pressão deve estar nivelado com a parede interna do tubo, sem bordas ásperas ou rebarbas para criar turbulência.
Além disso, não deve haver relevos ou escareamento perto do orifício na parte interna do tubo. Mesmo pequenas irregularidades nos furos dos machos podem gerar erros de medição de vazão surpreendentemente grandes.
(1356) Orifice Flange and Long Weld Neck Flange – Including Installation – YouTube