Transmissor Vazão Magnético Importância do Aterramento (parte 2)

Os medidores de vazão magneticos são exelente medidores de vazão apresenta uma série de vantagens em relação aos outros tipos. No entanto acredita-se que um dos principais problemas que esse tipo de medidor apresenta está relacionado ao aterramento.Sempre que esse instrumento apresenta um desvio em seu resultado de medição devemos nos atentar primeiramete para a sua condição de aterramento com fica evidente que para garantir o funcionamento correto dos medidores de vazão magnéticos precisamos garantir algumas condições em sua instalação que é a posição de instalação correta, alimentação elétrica adequada e o aterramento. Nesta postagem estaremos abordando a importância do aterramento, o aterramento são fundamentalmente importante para o desempenho na medição preciso e confiável. As correntes

Como sabemos o funcionamento dos transmissores de vazão magnéticos baseia-se na lei de Faraday desta forma caso exista correntes CA ou CC dispersas através do fluido ou através do instrumento podem produzir sinais de ruído que podem, por sua vez, interferir com os sinais gerados pelo fluxo pois, esse sinal gerado são relativamente baixos gerados no medidor magnético CC comumente fornecido atualmente. Os fabricantes fornecem uma variedade de componentes (faixas de aterramento, eletrodo de aterramento, anéis de aterramento, protetores de revestimento) e instruções para o aterramento padrão do medidor magnético de fluxo.

Considerando que a medição é feita basicamentr por treis conecções eletricas sendo duas delas o sinal elétrico captado através dos sensores e direcionados para o amprificador operacional necessitando da terceita conecção eletrica que é o sinal é o aterramento da solução que serve de referencia para medição. Esta é um das conecções elétricas mais criticas para medição pois esse sinal é um sinal de baixa intensidade que referencia-se no líquido passando para o transmissor através do eletrodo de aterramento da solução

 O Aterramento da solução = SG(Solution Ground ) resume-se sendo , o ponto de conexão de referência da medição essencial n aconfiguração do medidor de vazão magnético realizar a medição de forma consistente sendo estável no ponto de zero, bem como fornecer medições precisas durante o fluxo. Sem esta conexão SG de referência, não pode haver confiança na medição da taxa de fluxo.

Nas manutenção dos medidores de vazão magnetico identifica-se duas causas comuns para a  maioria dos problemas de conexão de aterramento de solução (SG).

•     A conexão SG do fuido do processo para o corpo do tubo do medidor de vazão  magnético não está instalado ou não corretamente instalado.
•    A conexão SG não consegue fazer fluir a  corretamente do corpo do tubo magnético de fluxo para o terminal SG do transmissor de fluxo magnético.(mau contato)

Em algumas condições de processo o instrumento não pode ser instalado usando a conexão tradicional de aterramento fazendo uso da tubulação do próprio aterramento já existente na tubulação. Essas aplicações de medição de vazão são frequentemente encontradas em processos eletrolíticos e aplicações de proteção catódica.

Essa condição apresenta grande risco para medição pois, o fluido que passa através do sensor do medidor pode estar em potencial elétrico significativamente mais alto ou inferior do que o aterramento e uma conexão ao aterramento pode ser prejudicial ao desempenho e até mesmo à confiabilidade do medidor magnético de fluxo.

Outra condição de montagem que apresenta grande potencial de erro na medição é quando esse for instalado em tubos que não forem condutores elétricos ou possuir revestimentos isolantes.

Quando a necessidade de aplicações em fluidos ácidos ou cáusticos podem exigir sensores especiais assim quando estiver especificando o instrumento criando  a FD ( folha de dados ) e fundamental apresentar as condições de processo pois dependendo o fluxo onde o instrumento for instalado necessita o uso de materiais especiais, assim como os eletrodos de aterramento especial.

Princípio de operação do medidor magnético

O princípio de funcionamento do medidor de fluxo magnético é baseado na lei de indução eletromagnética de Faraday, que afirma que uma tensão será induzida em um condutor que se move através de um campo magnético.

Lei de Faraday: E = kBDV

A valor da tensão induzida E é diretamente proporcional à velocidade do condutor V, largura do condutor D e a força do campo magnético B.

O secundário (ou transmissor) fornece a corrente controlada para as bobinas para gerar o campo magnético e amplifica, filtra e converte o sinal resultante para as saídas do usuário, como 4 – 20 mA , frequência ou informação de comunicação digital ( HART, FOUNDATION fieldbus , Profibus ).

No medidor magnético CC pulsado moderno, o sinal gerado é realmente muito pequeno: normalmente na ordem de 300 uV por metro por segundo de velocidade. Como esse sinal é tão pequeno, os projetistas e usuários do medidor magnético de fluxo devem tomar medidas para minimizar o ruído e maximizar a rejeição de ruído. Uma dessas etapas é o aterramento adequado do sistema.

Terra / Aterramento de Segurança

Para evitar riscos ao pessoal operacional, o equipamento elétrico deve sempre ser instalado e conectado de acordo com o código elétrico local. Para equipamentos alimentados por CA, isso geralmente assume a forma de conexão da caixa do equipamento ao aterramento.

Isso geralmente é feito por meio da conexão do fio verde aterrado ao terminal de aterramento do transmissor do medidor magnético de fluxo. Se o transmissor for montado integralmente no sensor, isso conecta automaticamente o sensor ao aterramento também.

É comum que a tubulação adjacente ao medidor magnético de fluxo forneça uma conexão ao aterramento. Uma conexão ao aterramento também é comumente feita no transmissor por meio das conexões de energia.

É importante que, se ambas as conexões de aterramento forem estabelecidas, a impedância entre elas deve ser muito baixa. Se a impedância entre essas conexões de aterramento for alta, isso pode resultar em uma alta corrente através do fio blindado da bobina.

Aterramento do Processo Básico

Estabelecer uma base de processo é um dos detalhes de instalação mais importantes. O aterramento adequado do processo garante que o sensor e o fluido tenham o mesmo potencial, de modo que apenas o sinal de fluxo induzido seja medido. Por que isso é necessário? Para responder a essa pergunta, vamos ver como o sensor do medidor magnético de fluxo e o transmissor são conectados eletricamente.

Em um medidor magnético CC pulsado típico, o sinal de fluxo é conectado a um amplificador diferencial que é eletricamente isolado da caixa do transmissor. O processo de aterramento fornece uma referência estável para este amplificador diferencial.

Na maioria das aplicações, a melhor e mais estável referência é o próprio aterramento. Ao conectar o sensor do medidor magnético de fluxo, o fluido e a referência do amplificador a um ponto de referência estável e livre de ruído, o usuário tem a garantia de obter o melhor desempenho de seu medidor de vazão magnético.

Figura 1. Conexão elétrica básica entre o sensor e o transmissor
O arranjo de aterramento é determinado principalmente pelo tipo de tubo no qual o medidor magnético de fluxo está instalado.
Os arranjos de aterramento recomendados para tubos condutores não revestidos, condutores revestidos e não condutores são mostrados na Figura 2 – Figura 4.

Anéis de aterramento vs. eletrodo de aterramento

Os anéis de aterramento são anéis de metal que fazem contato com o líquido do processo.

Para determinar quando usar anéis de aterramento ou eletrodos de aterramento, a primeira coisa que deve ser entendida é sua função primária e se eles são mesmo necessários. A função primária dos anéis de aterramento ou eletrodos de aterramento é fornecer a conexão SG necessária quando o tubo de metal sem revestimento do processo não estiver disponível.

Conforme mostrado nas figuras anteriores, anéis de aterramento ou eletrodo de aterramento são necessários quando a tubulação adjacente ao medidor magnético de fluxo contínuo não fornece uma boa conexão elétrica com o fluido; ou seja, o tubo é forrado ou feito de material não condutor.

 

Anéis de aterramento ou um eletrodo de aterramento fornecem a conexão elétrica necessária ao fluido do processo. Os eletrodos de aterramento são parte integrante do sensor, de modo que a instalação é mais fácil e econômica, principalmente quando materiais “exóticos” são necessários.

Esses anéis são instalados entre o tubo de processo e o tubo de vazão do medidor magnético de fluxo. Esses anéis de metal devem então ser fixados ao corpo do tubo de fluxo ou flange para passar nesta conexão SG – geralmente por algum método de fiação ou aparafusamento, dependendo do estilo de anel de aterramento usado. Exemplos com ilustrações detalhadas são mostrados neste artigo. Além de fornecer o aterramento de solução necessário, um anel de aterramento no lado a montante do tubo magnético de fluxo também fornece um bom grau de proteção do revestimento para a borda de ataque do tubo de fluxo quando usado em aplicações moderadamente abrasivas.

Os anéis de aterramento fornecem uma conexão de área de superfície maior ao fluido do processo e limitam os efeitos da condutividade da tubulação adjacente, o que é importante para sensores do tipo wafer. Portanto, anéis de aterramento são recomendados sobre um eletrodo de aterramento nas seguintes situações:

• A condutividade do fluido é inferior a 100uS / cm
• Sensores tipo wafer instalados em tubulação não condutiva ou tubulação revestida
• Aplicações que podem causar um revestimento ou acúmulo na parte inferior do tubo
• Aplicações de processo eletrolítico ou proteção catódica

Sempre surge uma grande dúvida em relação ao uso de anéis de aterramento. Ficando a pergunta usar um ou dois anéis?

 Durante muito tempo nos transmissores de vazão magnéticos antigos vem sendo utilizado dois anéis para aterramento sendo essa uma verdade apenas nas instalações antigas desse tipo de transmissor. No entanto, com os atuais transmissores de fluxo magnético baseados em microprocessador inteligente, dois anéis de aterramento não são mais necessários, pois o mesmo nível de estabilidade e precisão zero pode ser fornecido com apenas um anel de aterramento. Isso não apenas reduz o custo geral dos materiais, mas também torna a instalação mais fácil.

Ao usar um anel de aterramento, ele deve ser colocado no lado a montante do tubo de vazão do medidor magnético de fluxo. Além de fornecer a solução de aterramento necessária, colocar este anel de aterramento no lado a montante do tubo de fluxo também fornece um grau razoável de proteção do liner para a borda de ataque do tubo de vazão quando usado em aplicações moderadamente abrasivas.

 

APLICAÇÕES ESPECIAIS

Aplicações de processos eletrolíticos

Em processos eletrolíticos típicos, medidores magnéticos são usados ​​para medir o fluxo de fluidos de matéria-prima para a (s) célula (s). Grandes correntes CC (1000 amperes ou mais) são alimentadas nas células para conduzir o processo eletrolítico. Os líquidos e gases resultantes também podem ser monitorados por medidores de fluxo adicionais.

O processo eletrolítico pode ocorrer em um reator ou em muitas células. No último caso, cada célula pode ter seu próprio medidor magnético de fluxo para medição de fluxo de matéria-prima.

Qualquer que seja o arranjo, as grandes tensões e correntes presentes podem fazer com que as correntes fluam de maneiras inesperadas. Os fluxos atuais de interesse aqui são geralmente de dois tipos:

• Fluxo de corrente no fluido através do medidor magnético de fluxo
• Fluxo de corrente através dos componentes de aterramento

Ambos os tipos de corrente podem estar presentes em uma aplicação típica desses tipos. No primeiro caso, o fluxo de corrente no fluido que passa pelo sensor gera ruído que pode interferir no sinal de fluxo de baixo nível. O teste indica que esse ruído varia com o nível da corrente e tem componentes que podem facilmente interferir no sinal de fluxo.

O resultado geralmente não é uma medição de fluxo imprecisa, mas sim uma medição de fluxo instável que pode tornar o controle difícil ou impossível. Nessa situação, os anéis de aterramento fornecem um caminho para desviar a corrente ao redor do fluido no medidor magnético de fluxo.

O fluxo de corrente através dos componentes de aterramento pode ocorrer se:

1. vários medidores magnéticos são usados ​​em um sistema;
2. eles estão em diferentes potenciais e;

3. os componentes de aterramento para vários medidores magnéticos estão ligados a um ponto comum. O ponto comum mais frequente pode ser através do fio verde aterrado. Situações como essa resultaram em alta corrosão dos componentes de aterramento, até e incluindo a perda de vedação ao redor de um eletrodo de aterramento. Além disso, a corrente através dos componentes de aterramento gera ruído que pode resultar em uma saída instável do medidor magnético de fluxo.

Recomendações para aplicações de processos eletrolíticos

1. Isolar do aterramento: Nessas situações, o medidor magnético de fluxo deve ser conectado eletricamente apenas ao processo. Como o medidor magnético de fluxo não é aterrado, a alimentação CC isolada (~ 24 VCC) deve ser usada para evitar problemas de segurança. Se a alimentação CC isolada não estiver disponível, o transmissor deverá ser montado remotamente a partir do sensor. Sempre siga todos os códigos de segurança nacionais e locais aplicáveis.
2. Use anéis de aterramento ou protetores de revestimento, não eletrodo de aterramento: os anéis de aterramento expõem mais superfície ao processo; se as correntes fluírem, menos ruído será produzido, fornecendo uma referência mais estável para o amplificador. Usar dois anéis de aterramento fornecerá um caminho para desviar a corrente ao redor do fluido no medidor magnético de fluxo.
3. Especificações da conexão: Os anéis de aterramento ou protetores de revestimento devem ser conectados conforme mostrado na Figura 5. É muito importante conectar os dois anéis de aterramento à caixa do sensor para minimizar o fluxo de corrente através do fluido do processo próximo aos eletrodos.
4. Selecione a frequência de ativação da bobina de 37 Hz: O ruído gerado nessas aplicações normalmente tem uma característica 1 / f; ou seja, a amplitude do ruído diminui com o aumento da frequência. Por causa dessa característica, há menos ruído em uma frequência de ativação da bobina mais alta e uma saída mais estável é obtida.

APLICAÇÕES DE PROTEÇÃO CATÓDICA

A proteção catódica é uma técnica usada para limitar a corrosão de uma superfície de metal, tornando-a o cátodo em uma célula eletroquímica. Outra peça de metal corroída mais facilmente se torna o ânodo na célula eletroquímica. Em tubulações longas, uma grande corrente CC passa pelo fluido do processo para conduzir a proteção catódica.

É importante que apenas o ânodo tenha uma conexão com o aterramento nessas aplicações. Se houver outra conexão de aterramento, ela também pode fornecer o material anódico para o sistema de proteção catódica. Portanto, toda a tubulação e instrumentação, incluindo medidores magnéticos, devem ser isolados do aterramento.

Recomendações para aplicações de proteção catódica

1. Isolar do aterramento: Nessas situações, o medidor magnético de fluxo deve ser conectado eletricamente apenas ao processo. Como o medidor magnético de fluxo não é aterrado, a alimentação CC isolada (~ 24 VCC) deve ser usada para evitar problemas de segurança. Se a alimentação CC isolada não estiver disponível, o transmissor deverá ser montado remotamente a partir do sensor. Sempre siga todos os códigos de segurança nacionais e locais aplicáveis.
2. Use anéis de aterramento ou protetores de revestimento, não eletrodo de aterramento: os anéis de aterramento expõem mais superfície ao processo; se as correntes fluírem, menos ruído será produzido, fornecendo uma referência mais estável para o amplificador. Usar dois anéis de aterramento fornecerá um caminho para desviar a corrente ao redor do fluido no medidor magnético de fluxo.
3. Especificações da conexão: Os anéis de aterramento ou protetores de revestimento devem ser conectados conforme mostrado nas Figuras. É muito importante conectar os dois anéis de aterramento à caixa do sensor para minimizar o fluxo de corrente através do fluido do processo próximo aos eletrodos.
4. Amplificador diferencial especial: Em algumas instalações, a saída do transmissor pode ser levada a 0(zero) mesmo que haja fluxo no tubo. Isso é causado pela tensão DC do sistema de proteção catódica que interfere na operação do amplificador diferencial padrão no circuito de sinal do eletrodo do transmissor. Se esta situação ocorrer, um novo transmissor com opção especial deve ser instalado ou substituído por um existente.

Conclusão:

O aterramento adequado de um medidor magnético de fluxo é um dos detalhes de instalação mais importantes. Arranjos de aterramento para aplicações típicas foram discutidos, incluindo recomendações para o uso de eletrodos de aterramento versus anéis de aterramento.

Arranjos de aterramento diferentes são necessários quando medidores magnéticos são instalados em aplicações de processo eletrolítico e proteção catódica onde a conexão tradicional ao aterramento pode realmente criar problemas.

Embora este documento forneça recomendações gerais para essas aplicações, cada condição de instalação é única devendo assim ser avaliada as condições ideais para instalação. Os processos eletrolíticos e as aplicações de proteção catódica podem necessitar considerações de segurança especiais para todos os equipamentos, não apenas os medidores de vazão magnético

Fontes :

www,emerson.com

Endress+Hauser

Manual de referencia 8782

https://www.emerson.com/en-us

Medidor de vazão Magnético (parte-1)

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