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Um Medidor de vazão eletromagnético mede a vazão volumétrica de líquidos eletricamente condutores sem partes móveis, sem queda de pressão e com precisão normalmente entre 0,2% a 0,5% da leitura. Ele aplica a lei da indução eletromagnética de Faraday: um campo magnético é aplicado através do tubo e, à medida que o líquido condutor flui através dele, uma tensão proporcional à velocidade do fluxo é induzida através de dois eletrodos. Quanto mais rápido o líquido se move, maior será o sinal de tensão, que o transmissor converte em uma leitura precisa de vazão.
Para a maioria das aplicações industriais, municipais e de processo que envolvem água, águas residuais, lamas, ácidos ou líquidos de qualidade alimentar, um medidor de vazão eletromagnético supera as alternativas mecânicas em confiabilidade de longo prazo e custo total de propriedade. A principal restrição é a condutividade: o líquido deve ter uma condutividade elétrica mínima de 5 microsiemens por centímetro (µS/cm) para modelos padrão e 0,05 µS/cm para versões especializadas de baixa condutividade. Hidrocarbonetos, óleos e gases puros não podem ser medidos.
Compreender as vantagens de um medidor de vazão magnético em termos concretos e mensuráveis ajuda a justificar o investimento e esclarece quais aplicações são mais beneficiadas. As vantagens a seguir são as mais significativas e citadas consistentemente em implantações industriais, municipais e laboratoriais.
Os medidores de vazão mecânicos (turbina, roda de pás, engrenagem oval) contêm componentes rotativos que se desgastam, corroem e eventualmente falham. Um medidor de vazão eletromagnético não possui partes móveis dentro do tubo de vazão. Os únicos componentes molhados são o revestimento do tubo, os dois eletrodos de medição e, opcionalmente, um anel de aterramento. Não serviço de água limpa, um medidor de vazão eletromagnético bem especificado pode operar por 15 a 25 anos sem qualquer manutenção interna . Uma grande concessionária municipal de água que substitui dez medidores de turbina por medidores de vazão eletromagnéticos normalmente recupera a diferença de custo apenas na economia de manutenção dentro de 3 a 5 anos .
Como o princípio de medição eletromagnética não exige que nada obstrua ou interaja com o fluxo do líquido, um medidor de vazão eletromagnético de tamanho adequado com um tubo de passagem completa cria efetivamente queda de pressão zero através do medidor. Em comparação, um medidor de placa de orifício na mesma linha cria uma queda de pressão de 2 a 15psi dependendo da velocidade do fluxo, o que se traduz diretamente no custo de energia de bombeamento. Para uma linha de água de 6 polegadas funcionando 24 horas por dia, eliminar uma queda de pressão de 5 psi no medidor pode economizar US$ 1.500 a US$ 4.000 por ano na energia da bomba, dependendo das taxas de eletricidade e vazões.
Um medidor de vazão eletromagnético mede o fluxo nas direções direta e reversa com igual precisão. Isto é essencial em aplicações como ciclos de enchimento e esvaziamento de tanques, fluxo de marés em infraestruturas costeiras e linhas de processo alternativas. Medidores mecânicos normalmente devem ser instalados em uma direção e não podem detectar fluxo reverso. A capacidade bidirecional está incorporada na eletrônica do transmissor sem custo adicional na maioria dos modelos atuais.
O material do revestimento de um medidor de vazão eletromagnético pode ser selecionado para corresponder às propriedades químicas e físicas do líquido do processo. As opções de revestimento comuns incluem PTFE (politetrafluoretileno) para ácidos e solventes, borracha dura para pastas abrasivas, poliuretano para mineração e processamento mineral e cerâmica para aplicações altamente abrasivas, como pasta de carvão ou cimento. Um medidor de vazão eletromagnético revestido de cerâmica em uma tubulação de pasta de carvão pode durar mais que um medidor de turbina no mesmo serviço por um fator de 5 a 10 vezes .
Medidores de vazão eletromagnéticos padrão alcançam precisão de 0,5% de leitura através de uma taxa de turndown (proporção de fluxo mensurável máximo e mínimo) de 100:1 ou superior . Um medidor de vazão eletromagnético de alta precisão restringe isso a 0,2% de leitura com índices de turndown atingindo 1000:1 . Esta ampla rangeabilidade significa que um único medidor lida com vazões muito baixas e muito altas sem alternar entre instrumentos, simplificando a instalação e reduzindo o custo de capital.
Os transmissores do medidor de vazão eletromagnético atual emitem sinais analógicos padrão de 4 a 20 mA, saídas de pulso e protocolos digitais, incluindo HART, PROFIBUS PA, Foundation Fieldbus, Modbus e FOUNDATION Fieldbus. Isso simplifica a integração com sistemas SCADA, PLCs e plataformas DCS e elimina a necessidade de conversores de sinal na maioria das instalações.
| Vantagem | Medidor de vazão eletromagnético | Medidor de turbina | Placa de orifício |
|---|---|---|---|
| Peças móveis | Nenhum | Sim (rolamentos do rotor) | Nenhum |
| Queda de pressão | Perto de zero | Moderado | Alto (2 a 15 psi) |
| Precisão típica | 0,2% a 0,5% | 0,5% a 1,5% | 1% a 3% |
| Lida com pastas | Sim (com forro correto) | Não | Limitado |
| Bidirecional | Sim | Limitado | Não |
| Intervalo de manutenção | 5 a 10 anos típico | 1 a 3 anos | Umnual inspection |
Um medidor de vazão magnético pode medir qualquer líquido com condutividade elétrica de 5 µS/cm ou superior, o que inclui água, águas residuais, a maioria das soluções aquosas, ácidos, álcalis, lamas, líquidos de qualidade alimentar e muitos fluidos de processos químicos. A limitação fundamental é que o líquido deve transportar carga elétrica; fluidos não condutores, como hidrocarbonetos puros, água desmineralizada abaixo do limite de condutividade e gases, estão fora da faixa de medição dos modelos padrão.
A água da torneira, as águas subterrâneas, as águas dos rios e as águas residuais tratadas têm condutividades bem acima do limite mínimo, normalmente na faixa de 100 a 800 µS/cm para abastecimento municipal. O medidor de vazão eletromagnético é a tecnologia de medição dominante em distribuição de água, estações de tratamento e sistemas de coleta de águas residuais em todo o mundo. Numa rede de água municipal típica, a precisão 0,5% de leitura em redes de grande diâmetro se traduz em redução mensurável na água não faturada (água produzida mas não faturada), com as concessionárias geralmente recuperando 2% a 8% do fluxo anteriormente não contabilizado depois de mudar de medidores mecânicos mais antigos.
Condições de tubulação parcialmente cheias em linhas de esgoto por gravidade representam um desafio específico de medição. Os medidores de vazão eletromagnéticos padrão exigem vazão total da tubulação. No entanto, medidores eletromagnéticos de tubos parcialmente cheios, construídos especificamente com vários conjuntos de eletrodos, podem medir esgoto em tubos com dimensões tão pequenas quanto 10% cheio . Para redes de esgoto pressurizadas, os medidores de vazão eletromagnéticos de passagem total padrão são a escolha preferida devido à sua tolerância a sólidos suspensos até 40% em volume com seleção de revestimento apropriada.
Ácido clorídrico, ácido sulfúrico, hidróxido de sódio e centenas de outros produtos químicos industriais são medidos rotineiramente com medidores de vazão eletromagnéticos revestidos de PTFE. O PTFE é quimicamente inerte a praticamente todos os ácidos, bases e solventes em temperaturas de até 180°C (356°F) . Os materiais dos eletrodos são selecionados para combinar com o fluido do processo: eletrodos Hastelloy C para ácidos oxidantes, eletrodos de tântalo para ácido sulfúrico ou clorídrico altamente concentrado e eletrodos de titânio para soluções contendo cloro.
Leite, suco de frutas, cerveja, vinho, pasta de tomate, molhos, açúcares líquidos e fluidos de processos farmacêuticos são todos mensuráveis com um medidor de vazão eletromagnético de nível sanitário. Estas unidades apresentam Certificado 3A ou EHEDG projetos com revestimentos de aço inoxidável eletropolido ou revestimentos de PTFE aprovados, conexões higiênicas com três braçadeiras e tubos de fluxo de diâmetro liso sem fendas para crescimento bacteriano. Precisão de 0,2% a 0,5% suporta dosagem precisa e controle de receitas em linhas de produção de bebidas e alimentos.
Pastas minerais, pasta de papel, misturas de carvão e água e pastas cerâmicas estão entre as aplicações de medição de vazão mais exigentes. O medidor de vazão eletromagnético costuma ser a única tecnologia viável porque a condutividade da lama (de sais dissolvidos e partículas condutoras suspensas) é normalmente alta, enquanto o conteúdo sólido destruiria uma turbina ou um medidor Coriolis. Os revestimentos de borracha dura, poliuretano e cerâmica resistem à abrasão causada por fluxos carregados de partículas. Projetos de eletrodos com pontas endurecidas ou eletrodos embutidos evitam acúmulo e danos em lamas com alto teor de sólidos.
Os seguintes tipos de líquidos estão fora da capacidade de medição de um medidor de vazão eletromagnético padrão:
| Tipo líquido | Condutividade Típica (µS/cm) | Forro recomendado | Material do eletrodo |
|---|---|---|---|
| Água municipal | 100 a 800 | Borracha dura ou PTFE | Aço inoxidável 316L |
| Águas Residuais | 500 a 5.000 | Borracha dura ou poliuretano | 316L ou Hastelloy C |
| Ácido clorídrico | 10.000 a 800.000 | PTFE | Tântalo ou Hastelloy C |
| Leite ou suco | 1.000 a 10.000 | PTFE ou inoxidável | Aço inoxidável 316L |
| Pasta de carvão | 200 a 2.000 | Cerâmica ou poliuretano | Ponta de carboneto de tungstênio |
| Hidróxido de sódio | 50.000 a 300.000 | PTFE | 316L ou Hastelloy C |
O custo de um medidor de vazão magnético varia de aproximadamente US$ 300 a US$ 400 para uma unidade compacta de pequeno diâmetro (1/2 polegada) a US$ 8.000 a US$ 25.000 ou mais para modelos de alta especificação de grande diâmetro (12 polegadas e acima) com transmissores avançados e certificação para áreas perigosas. Compreender o que impulsiona a variação de preços ajuda os compradores a especificar o produto certo sem pagar por recursos de que não precisam.
Os seguintes fatores são responsáveis pela maior parte da variação de preço entre os modelos de medidores de vazão eletromagnéticos em qualquer tamanho de tubo:
| Diâmetro do tubo | Modelo Básico (precisão de 0,5%) | Faixa Média (HART, 0,5%) | Alta precisão (0,2%, fieldbus) |
|---|---|---|---|
| 1/2 polegada (DN15) | $ 300 a $ 600 | US$ 600 a US$ 1.000 | US$ 1.200 a US$ 2.000 |
| 2 polegadas (DN50) | US$ 700 a US$ 1.200 | US$ 1.200 a US$ 2.200 | US$ 2.500 a US$ 4.500 |
| 4 polegadas (DN100) | US$ 1.200 a US$ 2.500 | US$ 2.500 a US$ 4.500 | US$ 5.000 a US$ 9.000 |
| 8 polegadas (DN200) | US$ 3.000 a US$ 6.000 | US$ 6.000 a US$ 10.000 | US$ 10.000 a US$ 18.000 |
| 12 polegadas (DN300) | US$ 6.000 a US$ 12.000 | US$ 12.000 a US$ 20.000 | US$ 20.000 a US$ 35.000 |
O preço de compra é apenas parte do verdadeiro quadro de custos. O custo total de propriedade (TCO) de 10 anos de um medidor de vazão eletromagnético é frequentemente 30 a 50% menor do que um medidor de turbina de tamanho equivalente quando os custos de manutenção, calibração e tempo de inatividade são incluídos. As economias mais significativas vêm da eliminação das substituições de rotores e rolamentos (que ocorrem a cada 1 a 3 anos em medidores de turbina, por US$ 200 a US$ 800 por evento), evitando custos de bombeamento relacionados à queda de pressão e reduzindo a frequência de calibração. Um medidor de vazão eletromagnético bem especificado normalmente só precisa de recalibração a cada 5 a 10 anos , em comparação com a calibração anual da maioria dos medidores mecânicos em aplicações de transferência de custódia.
A Medidor de vazão eletromagnético de alta precisão atinge precisão de 0,2% de leitura ou melhor, uma taxa de abertura de até 1000:1 e estabilidade de longo prazo que mantém a calibração dentro das especificações por 5 anos ou mais entre as verificações. Este nível de desempenho é necessário em um conjunto específico de aplicações onde erros de medição acarretam consequências financeiras, regulatórias ou de segurança diretas.
Vários recursos de engenharia diferenciam um medidor de vazão eletromagnético de alta precisão de um modelo padrão:
| Especificação | Modelo Padrão | Medidor de vazão eletromagnético de alta precisão |
|---|---|---|
| Precisão | ±0,5% da leitura | ±0,2% da leitura |
| Proporção de abertura de cama | 100:1 | Até 1000:1 |
| Tipo de excitação | Frequência única | Dupla ou multifrequência |
| Rastreabilidade de calibração | Calibração de fábrica | NIST ou padrão nacional rastreável |
| Estabilidade a longo prazo | ±0,25% por ano de desvio típico | Desvio inferior a 0,1% ao ano |
| Condutividade mínima | 5 µS/cm | 0,05 µS/cm (specialized models) |
| Recursos de autodiagnóstico | Detecção básica de tubo vazio | Impedância do eletrodo, continuidade da bobina, monitoramento de ruído de sinal |
| Preço premium em relação ao padrão | Linha de base | 20% a 50% acima do modelo padrão |
A instalação correta é tão importante quanto a especificação correta: mesmo um medidor de vazão eletromagnético de alta precisão terá desempenho inferior se instalado com tubos retos inadequados, aterramento inadequado ou orientação incorreta. Os requisitos a seguir se aplicam a todos os medidores de vazão eletromagnéticos padrão e são especialmente críticos para instalações de alta precisão.
Os medidores de vazão eletromagnéticos exigem um perfil de velocidade simétrico e desenvolvido para fornecer precisão nominal. Distúrbios a montante, como cotovelos, válvulas, bombas e redutores, distorcem o perfil do fluxo e introduzem erros de medição. Os requisitos de instalação padrão especificam:
O aterramento adequado é essencial para a precisão do medidor de vazão eletromagnético. Correntes elétricas parasitas no sistema de tubulação podem induzir ruído nos eletrodos de medição e causar desvio do ponto zero ou leituras erráticas. Requisitos de aterramento:
Um medidor de vazão eletromagnético pode ser instalado em tubulações horizontais, verticais ou inclinadas. A orientação preferida para a maioria das aplicações é tubo vertical com fluxo ascendente , o que garante que o tubo permaneça cheio em todas as vazões e elimina o risco de acúmulo de ar no topo de uma instalação horizontal. Em instalações horizontais, os dois eletrodos de medição devem ser posicionados 3 horas e 9 horas (plano horizontal) , e não nas posições de 12 ou 6 horas, onde bolhas de gás ou sólidos sedimentados podem revestir um eletrodo e comprometer a medição.
Um medidor de vazão eletromagnético mede a vazão de líquidos condutores usando a lei de indução eletromagnética de Faraday. Um par de bobinas montadas fora do tubo de fluxo gera um campo magnético através do furo do tubo. À medida que o líquido condutor flui através deste campo, uma pequena tensão é induzida através de dois eletrodos montados na parede do tubo. O transmissor mede esta tensão e a converte em uma leitura de vazão. A tensão induzida é diretamente proporcional à velocidade média do fluxo, portanto a medição é inerentemente linear e não requer curvas de correção de calibração.
As principais vantagens de um medidor de vazão magnético em relação a um medidor de turbina são: ausência de peças móveis (rotores e rolamentos de turbina se desgastam e precisam ser substituídos a cada 1 a 3 anos em serviço típico), queda de pressão quase zero (turbinas criam resistência mensurável ao fluxo), capacidade de lidar com lamas e fluidos viscosos sem danos (turbinas obstruem e emperram), melhor precisão em baixas vazões (as turbinas têm uma velocidade mínima mensurável abaixo da qual o rotor para) e medição bidirecional (as turbinas são normalmente unidirecional). O medidor de vazão magnético normalmente tem um custo total de propriedade de 10 anos que é 30 a 50% menor do que um medidor de turbina equivalente no mesmo serviço.
Um medidor de vazão magnético não pode medir fluidos não condutores. Isto inclui produtos petrolíferos (petróleo bruto, gasolina, diesel, a maioria dos lubrificantes), hidrocarbonetos líquidos, água pura destilada ou deionizada abaixo do limite de condutividade, gases líquidos, vapor e todos os meios gasosos. Ele também luta com líquidos altamente aerados onde o conteúdo de bolhas de gás excede aproximadamente 3% em volume , pois o gás interrompe o caminho condutor entre os eletrodos e causa instabilidade do sinal. Versões especializadas com correção de baixa condutividade podem estender a faixa mensurável até 0,05 µS/cm , mas ainda está acima da condutividade da maioria dos hidrocarbonetos líquidos.
Para um medidor de vazão eletromagnético padrão de 4 polegadas (DN100) em serviço de água limpa com um transmissor básico de 4 a 20 mA e revestimento de borracha dura, o preço de compra normalmente fica na faixa de US$ 1.200 a US$ 2.500 . Adicionar a comunicação HART aumenta esse valor para US$ 2.500 a US$ 4.500. Um medidor de vazão eletromagnético de alta precisão do mesmo tamanho com precisão de 0,2% e saída Foundation Fieldbus custa de US$ 5.000 a US$ 9.000. O custo de instalação (corte de tubo, flangeamento, fiação) normalmente acrescenta US$ 500 a US$ 2.000 dependendo das taxas de mão de obra locais e das condições do local.
Os medidores de vazão eletromagnéticos padrão exigem uma condutividade líquida mínima de 5 µS/cm . A maior parte da água da torneira, água de processo, águas residuais, ácidos e soluções químicas à base de água excedem em muito esse limite. Modelos especializados de baixa condutividade (usados em água ultrapura, água desmineralizada e certas aplicações alimentícias) estendem a faixa de medição até 0,05 µS/cm . Em caso de dúvida, um medidor de condutividade ou uma folha de dados do fornecedor do fluido pode confirmar se o líquido está dentro da faixa mensurável.
Um medidor de vazão eletromagnético de alta precisão atinge uma precisão de ±0,2% da leitura em toda a sua faixa operacional, com alguns modelos classificados em ±0,15% para tamanhos de tubos e condições de vazão específicos. Isso se compara a ±0,5% para medidores de vazão eletromagnéticos padrão e ±1% a 3% para placas de orifício. A deriva de longo prazo é normalmente menor que 0,1% ao ano , o que significa que um medidor calibrado hoje ainda estará dentro da especificação de precisão declarada após 5 anos de operação contínua sem recalibração na maioria das aplicações.
Sim. Os medidores de vazão eletromagnéticos de nível sanitário são desenvolvidos especificamente para aplicações em alimentos, bebidas e farmacêuticas. Eles apresentam designs certificados 3A ou EHEDG, revestimentos lisos de PTFE ou aço inoxidável eletropolido sem fendas para crescimento bacteriano e conexões higiênicas de tri-clamp ou SMS que permitem procedimentos de limpeza no local (CIP) e esterilização no local (SIP). As aplicações alimentares comuns incluem leite, suco, cerveja, vinho, produtos de tomate, ovos líquidos, óleos comestíveis e açúcares líquidos. Os revestimentos de PTFE também são compatíveis com agentes de limpeza como hidróxido de sódio e ácido nítrico usados em ciclos CIP.
Em água limpa ou serviços químicos não abrasivos, um medidor de vazão eletromagnético bem especificado pode operar sem qualquer manutenção interna para 15 a 25 anos . Os modos de falha mais comuns são revestimento do eletrodo (evitável pela seleção correta do material e limpeza periódica), deterioração do revestimento por ataque químico (evitável pela especificação correta do revestimento) e falha eletrônica do transmissor (normalmente após 10 a 20 anos). No serviço com pasta abrasiva, o desgaste da camisa limita a vida útil a 3 a 10 anos dependendo do tamanho, concentração e velocidade das partículas; os revestimentos cerâmicos duram mais nessas condições.
Um medidor de vazão eletromagnético mede vazão volumétrica (litros por segundo, metros cúbicos por hora, galões por minuto, etc.) diretamente do sinal de tensão induzida. Ele não mede inerentemente o fluxo de massa. Para obter a vazão mássica, a leitura volumétrica deve ser multiplicada pela densidade do fluido, que deve ser medida separadamente (com um densitômetro) ou inserida como constante na configuração do transmissor. Para aplicações de controle de processo que exigem precisão de vazão mássica, um medidor de vazão mássica Coriolis mede a massa diretamente, mas a um custo significativamente mais alto e com maior sensibilidade às condições de instalação.
Em serviço limpo, a manutenção anual consiste em uma inspeção visual do revestimento e dos eletrodos quanto a revestimento ou danos (feita abrindo os flanges durante paradas planejadas), verificação da resistência de aterramento e confirmação de que a saída do transmissor corresponde a uma verificação de fluxo independente, como um medidor ultrassônico de fixação. A limpeza do eletrodo com um pano macio e uma solução ácida suave (quando compatível com o revestimento) restaura a precisão da medição se for encontrado revestimento. A verificação da calibração normalmente é necessária a cada 5 anos para aplicações padrão e todos 2 anos para instalações de transferência de custódia. Nenhuma lubrificação, substituição de vedação ou manutenção do rotor é necessária.