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Vantagens na Utilização de Medidores de Vazão Mássicos (Coriólis) de Tubo Único e Reto em Aplicações com Fluidos Abrasivos

Os medidores mássicos de tubo único e reto sempre oferecem vantagens em relação aos demais tipos de designs de tubo devido a sua construção se assemelhar ao da própria tubulação, não causando interferências no processo ou alterando características do fluido. Em algumas aplicações especiais estas vantagens ficam ainda mais acentuadas, devido às características peculiares de alguns fluidos, como é o caso de fluidos com sólidos em suspensão. 

Eng.º Ricardo Luiz Cardoso Lopes

Gerente Regional

CONAUT Controles Automáticos Ltda.

 

Resumo

Os medidores mássicos de tubo único e reto sempre oferecem vantagens em relação aos demais tipos de designs de tubo devido a sua construção se assemelhar ao da própria tubulação, não causando interferências no processo ou alterando características do fluido. Em algumas aplicações especiais estas vantagens ficam ainda mais acentuadas, devido às características peculiares de alguns fluidos, como é o caso de fluidos com sólidos em suspensão. 

Aplicação em Fluidos Abrasivos

A geometria do tubo do medidor mássico é um fator importante na escolha do medidor correto para a aplicação, pois pode impactar diretamente na vida útil do medidor, que pode ser bastante reduzida devido a efeitos causados por abrasão.

Pelo princípio de funcionamento do medidor há um dispositivo interno responsável por gerar uma vibração na qual o tubo sensor está sujeito. Por conta disso a espessura do tubo utilizado na construção do medidor mássico é reduzida (independente de design do tubo e/ou fabricante), para que haja energia suficiente para fazê-lo vibrar na frequência desejada. Com esta espessura reduzida, danos causados por abrasão podem danificar o tubo sensor de forma irreparável em um curto período de tempo.

Em medidores com a geometria no formato curvo ou em forma de ômega (Ω) a abrasão é mais acentuada devido ao impacto causado pelo fluido ao se deslocar pelo tubo, sendo este efeito causado pelo seu próprio design.

Tubo Curvo Vantagens na Utilização de Medidores de Vazão Mássicos (Coriólis) de Tubo Único e Reto em Aplicações com Fluidos Abrasivos - Conaut

Fig.1 – Tubo sensor do medidor mássico de tubo curvo Cortesia: KROHNE Messtechnik GmbH.

Com o design de tubo único e reto a abrasão é bastante reduzida ou, na maioria dos casos, não ocorre.

Tubo Reto Vantagens na Utilização de Medidores de Vazão Mássicos (Coriólis) de Tubo Único e Reto em Aplicações com Fluidos Abrasivos - Conaut

Fig.2 – Tubo sensor do medidor mássico de tubo único e reto Cortesia: KROHNE Messtechnik GmbH.

Cuidados no dimensionamento

Grande parte dos fluidos abrasivos possui esta característica devido à presença de sólidos em suspensão. Neste caso existe certa “homogeneidade” na mistura entre sólidos e líquidos e isso pode ser alterado caso a velocidade do fluido esteja em um valor muito baixo, podendo haver decantação dos sólidos. Desta forma, é recomendado que a velocidade mínima seja superior a 1 m/s. Por outro lado, com o intuito de evitar abrasão, é recomendado que a velocidade máxima do fluido seja de 4 m/s. 

Protegendo o medidor com a peça de transição

Em muitos casos uma seleção correta do medidor pode ser em vão caso a instalação do mesmo não seja realizada de forma correta e obedecendo alguns critérios.

Pode haver uma grande variação no diâmetro interno da tubulação para um mesmo diâmetro nominal, devido às diferenças de normas, schedules, materiais utilizados na fabricação, dentre outros. Por conta disso, torna-se difícil para os fabricantes de medidores mássicos produzirem um medidor exatamente com o mesmo diâmetro interno que o da tubulação, tendo como saída produzir medidores com diâmetros internos padronizados. Isso tem como resultado o surgimento de um “degrau” entre o medidor e a tubulação devido à diferença nos diâmetros internos destes. Em processos com fluidos abrasivos este degrau causará, mesmo com velocidades baixas, um ponto onde haverá excessiva abrasão, danificando assim o tubo medidor em pouco tempo.

Para evitar este efeito é recomendada a utilização de uma peça de transição entre a conexão da tubulação e a conexão do medidor.

Peça de Transição Vantagens na Utilização de Medidores de Vazão Mássicos (Coriólis) de Tubo Único e Reto em Aplicações com Fluidos Abrasivos - Conaut

Fig.3 – Aplicação Típica da Peça de Transição.

O objetivo da peça de transição é equalizar o diâmetro interno da tubulação com o diâmetro interno do medidor de forma gradual, como mostrado na figura 3, evitando desta forma abrasão na entrada do medidor.

Esta peça de transição, normalmente fabricada em aço inoxidável, deve ser considerada como uma “peça de sacrifício”, devendo ser removida periodicamente do processo, para que sejam feitas medições em suas dimensões (entrada e saída) e seja substituída quando necessário, ou seja, quando houver mudança nas dimensões, causada por abrasão.

Condicionamento do perfil de fluxo na entrada do medidor

Primeiramente devemos lembrar que o medidor mássico tipo coriólis mede a massa e a densidade do fluido. Ele não mede velocidade. Desta forma, do ponto de vista do princípio de funcionamento, não há necessidade de condicionar o perfil de fluxo, pois isso não interfere na medição.

Entretanto, na medição de fluidos abrasivos há necessidade de condicionar o perfil de fluxo na entrada do medidor, para que as partículas sólidas em suspensão no fluido entrem de forma paralela com a parede do tubo do medidor (que é reto). Isso minimiza a probabilidade de que as partículas sólidas se choquem com a parede do tubo, diminuindo assim a possibilidade de haver abrasão.

Os perfis de fluxo mais comuns na tubulação são os perfis laminar e turbulento. Entretanto, normalmente após uma curva na tubulação o perfil de fluxo pode assumir formatos diferentes dos convencionais, tendo valores de velocidade superiores próximo da parede da tubulação (ao invés de no centro como no perfil laminar convencional) ou até casos especiais onde o fluido assume uma condição rotacional dentro da tubulação. Isso causa risco de abrasão em pontos específicos dentro do tubo sensor, de acordo com a maneira que o fluido entra no mesmo, acentuando o impacto causado na parede do tubo pelas partículas sólidas, motivando a falha prematura do medidor. Este efeito está invariavelmente associado com a utilização de uma curva a montante, muito próximo ao medidor. Para evitar este tipo de efeito em processos de medição de fluidos abrasivos é recomendado respeitar um trecho reto antes do medidor, cujo valor recomendado pode variar em função da aplicação e da quantidade de sólidos em suspensão presentes no fluido. 

Posição de Instalação

Com o objetivo de manter as partículas sólidas uniformemente dispersas no fluido como uma mistura homogênea (o que é adequado para uma perfeita medição) é recomendado a instalação do medidor na vertical (com o fluxo ascendente). Caso contrário (em instalação na horizontal) há uma tendência de haver separação da parte sólida, que se acomoda na base da tubulação, especialmente em baixas velocidades. 

Densidade em By-Pass

Caso a aplicação seja para medição apenas de densidade, uma solução possível e que reduz custo é a instalação do medidor mássico em um By-Pass (derivação da linha com diâmetro menor que esta). Neste caso o medidor passa a medir uma amostra do fluido que deve circular na tubulação de By-pass onde o mesmo está instalado. Contudo, nesta condição de instalação, além de todas as questões descritas acima, deve-se ter o cuidado com a qualidade da amostra. Caso o amostra que circula pelo By-Pass tenha características diferentes do fluido que circula na tubulação principal, como número menor ou maior de sólidos em suspensão, o valor da densidade medida estará completamente equivocado. Este é um erro muito comum neste tipo de montagem, que deve ser feita sempre de maneira a garantir uma amostra com as mesmas características que a do fluido na tubulação principal. 

Referência Bibliográfica

- Corrosion & Abrasion Guidelines for Coriolis Meters Rev. 2016.

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