Medidor magnetico de vazão

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Medidor magnetico de vazo - estudo da tecnologia

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<ul><li> 1. Pgina 1 de 14MEDIDOR MAGNETICO DE VAZO O medidor magntico de vazo, hoje muito conhecido, desenvolvido e utilizado, tem como princpio, a induo eletromagntica, descoberta em 1831 por Michael Faraday. O medidor, originrio a partir da lei de Faraday, criado e montado em 1941, pode ser considerado na atualidade como o melhor e mais exato medidor de vazo para fluidos que possuam condutividade eltrica entre todos os outros medidores de tecnologia diferente, utilizados para o mesmo fim. DESTAQUE DE ALGUMAS DE SUAS CARACTERISTICAS: a)- Rangeabilidade; a maior entre todos os medidores de vazo existentes no mercado. Em 1970, sua rangeabilidade, considerada como 10:1, tem hoje como certa e reconhecida por todos os fabricantes, a faixa, como referencia, 100:1. H fabricantes que recalibram e linearizam a faixa inferior de menor velocidade, descendo-a para um limite de +/-0,03m/s. Dai a rangeabilidade subir para 300:1. A figura 01 mostra-nos a estabilidade da exatido do medidor de rangeabilidade 100:1 com possibilidade de linearizao ou recalibrao para uma possvel faixa inferior ainda menor.Figura 1 Grfico de uma calibraoA faixa superior de vazo ou velocidade no tem teoricamente limitao eltrica. O motivo de ser considerada pelos fabricantes como sendo 10m/s a velocidade mxima, como usual, se prende ao fato da longevidade da parte fsica interna do tubo medidor. Maior velocidade, maior eroso ou atrito, consequentemente maior desgaste do material isolante do tubo.</li></ul><p> 2. Pgina 2 de 14O aumento da rangeabilidade posterior ao ano de 1970 aconteceu especificamente em decorrncia do desenvolvimento dos componentes eletrnicos. Na atualidade os componentes ou circuitos integrados em um nico chip, aplicados no Transmissor Receptor dos milivolts gerados pelo Tubo, (elemento primrio de medio), tem como caracterstica uma impedncia de entrada que chegam a valores prximos a uma resistncia ou impedncia infinita, o que garante a no circulao de corrente entre o tubo gerador e o transmissor receptor, possibilitando dessa forma, que a f.e.m. gerada seja exatamente proporcional a velocidade do fluido.Fig. 2 Principio ilustrativo do eletromagnticoA fig. 02 d-nos uma ideia do circuito de medio (elemento primrio) e o receptor ou transmissor propriamente (elemento secundrio). Nessa figura, temos o circuito fechado pela ligao L entre os eletrodos, A e B atravs do fluido condutor o qual pode ser considerado como uma espira que se movimenta dentro de um campo magntico. Essa ligao em linha reta entre os eletrodos a de menor resistncia eltrica, maior velocidade, embora vrias outras ligaes paralelas aconteam internamente dentro da rea interna do tubo com resistncias cada vez maiores e velocidades cada vez menores a partir do centro para a periferia interna do tubo. Simplificando, podemos 3. Pgina 3 de 14considerar para o caso particular da gua comum tratada, uma condutividade de +/-70 microSiemes/cm o que equivale a uma resistncia eltrica de 14,286 kOhms/cm. Portanto, um tubo de 100 mm de dimetro, ter como resistncia eltrica interna entre os eletrodos A e B o valor de 143 kOhms, gerando tenso equivalente ou proporcional a velocidade do fluido escoante. A tenso gerada proporcional a induo magntica , ao dimetro do tubo, representado pelo comprimento L e a velocidade V do fluido. E = k. .L.V E = Tenso induzida no condutor K = Constante que depende de fatores fsicos e outros ajustes = Densidade do fluxo magntico L = Dimenso do condutor (dimetro do tubo) V = Velocidade do condutor eltrico (fluido) Do lado do Transmissor, sendo sua resistncia interna relativamente baixa, circular corrente entre o tubo gerador e o transmissor receptor. Por outro lado, sendo sua resistncia muito alta, a circulao de corrente cair para prxima de zero, no afetando a proporcionalidade entre a velocidade e a tenso induzida. A tenso gerada pelos eletrodos pode variar entre fabricantes, via de regra, o valor normal da ordem de 0,750 microvolts por metro por segundo. (0,750 Vm/s), resultando em 7,5 mV para um velocidade mxima de 10 m/s. A densidade do campo magntico depende do fluxo magntico gerado pelas bobinas que por sua vez, depende da corrente de excitao e do nmero de espiras das mesmas. A corrente de excitao, que eletronicamente estabilizada, tem sua aplicao nas bobinas de forma pulsada com valores de frequncia que podem variar dentre os fabricantes. Todavia, seu valor, normalmente 50 ou 60 Hz ou ainda podendo ser um submltiplo desses valores. Por se tratar de uma excitao pulsada, a durao do pulso tambm uma definio particular ou estratgica do Fabricante que tem como meta atender a melhor performance do medidor, assim como, garantir um menor consumo de energia ou potencia retirada das baterias de ltio quando essas forem usadas como alimentao do Transmissor e Bobina. A potencia, nesse caso particular, consumida pelo sistema em operao gira em torno de alguns mWatt pulsado. A corrente de excitao referida estabilizada, sendo seu valor constante nos perodos de aplicao. Por outro lado, o nmero de espiras das bobinas de excitao varia em nmero de voltas ou espiras proporcional ao dimetro do tubo. Cada fabricante tem sua tabela ou seu 4. Pgina 4 de 14padro do numero de espiras versus dimetro do tubo. O que se pode afirmar que a densidade do fluxo magntico tende a diminuir com o aumento do dimetro do tubo, sendo tal diminuio, proporcionalmente compensado em termos da tenso gerada, entre os eletrodos A e B, pelo aumento L entre eles. Pequenas desproporcionalidade na equao de gerao ajustada pelo fabricante no ato da calibrao do medidor pelo fator K. Por esta razo que o fator K que vem estampado na placa de nascimento do medidor nunca deve ser alterado pelo usurio. Do ano de 1970 at hoje, a rangeabilidade do medidor aumentou, chegando a ser dita por um dos fabricantes, que sua faixa em casos especiais pode atingir at 1000:1, todavia sem informar como conseguiu tal proeza. A exatido, tambm melhorou muito, saindo de 1% at aos 5% nos anos 70, para 0,15 a 0,5 % na atualidade. Toda essa melhoria se deve ou esta em conformidade com o avano da tecnologia dos componentes eletrnicos. No passado, no s a rangeabilidade, assim como a condutividade do fluido causavam erro na medio quando de suas respectivas variaes ao curso de uma medio. Daremos alguns exemplos pertinentes simulados. Da figura 02, assumindo que o fluido agua tenha uma condutividade de 10SIEMENS, velocidade de 1m/s, transmissor com impedncia de entrada de 100megaOhm, resultar, por analogia a fig. 03.Fig. 03- Impedncias interna loop Tubo/Transmissor Velocidade = 1m/s = 0,75mV Tubo de 100 mm de dimetro 5. Pgina 5 de 14Condutividade = 10SIEMENS/cm Impedncia do transmissor = 100megaOhm. Impedncia do tubo = 100kOhm.10cm = 1 megaOhm Como se pode observar, as duas impedncias, a do tubo gerador e a do transmissor esto em paralelo, porem, a impedncia do transmissor praticamente a que define a circulao da corrente gerada. Dessa forma, a queda de tenso entre os eletrodos ser de;V nos eletrodos = 0,75x de queda na tenso gerada pela circulao de corrente na impedncia do tubo gerador, o que representar um erro na medio de 0,75mV 0,0075mV, ou seja, a tenso agora gerada ser de 0,7425mV e no mais 0,75mV na velocidade de 1m/s. O erro nesse caso de 1% na medio. Aumentando o dimetro do tubo para 500 mm, o erro para as mesmas condies seria de 5%. Logo, podemos perceber que a exatido de um medidor magntico, quando a impedncia do transmissor receptor for relativamente baixa, como nesse caso, a exatido no s depender do dimetro do tubo como tambm da variao da condutividade do fluido escoante. Calculando de outra forma;Fig. 04-Impedncia interna do loop Tubo/Transmissor 6. Pgina 6 de 14Erro Aumentando o dimetro do tubo para 500 mm o erro subiria para 5%. Aumentando a condutividade do fluido para 100SIEMENS, o erro cair para 0,1%. Aumentando o dimetro do tubo para 500 mm para a mesma condio, o erro subiria para 0,5%. Dessa forma, podemos notar que a condutividade tambm muito importante. Na atualidade, a impedncia dos transmissores esta na casa dos GigaOhms, o que no faz mais sentido pensar na variao ou queda de tenso internamente no tubo decorrente da variao da condutividade e, de seu dimetro, pois a corrente to pequena que no causar queda que seja expressiva ou representativa em termos de erro na medio. Dessa forma podemos dizer que a medio no depende da condutividade, do dimetro, assim como a rangeabilidade tambm aumentou consideradamente. b)- Velocidade, extrao do valor mdio: O escoamento numa tubulao com conduo forada tem como caracterstica trs situaes de perfil de velocidades; 1)- Velocidades muito baixa, perfil laminar, 2)- Velocidade intermediaria ou de transio, 3)- Velocidade alta, perfil turbulento. Perfil laminar aquele completamente uniforme, apresentando uma espcie de paralelismo entre suas camadas moleculares, tendo como principal caracterstica uma camada limite crescente a partir da superfcie interna que vai aumentando ate atingir o eixo central e, a partir dali, essa camada limite decresce ate se tornar zero no contato fsico com a parede oposta. Esse tipo de perfil constitui-se numa perfeita parbola, valida para qualquer dimetro de tubo. Estruturalmente, o perfil laminar comea com velocidade ou nmero de Reynolds igual a zero, no do contato com o tubo, crescendo ate nmero de Reynolds prximo de 3000 exatamente no centro, decrescendo ate zero no limite do lado oposto. Na regio de transio, entre o laminar e o turbulento o nmero de Reynolds estaria entre 3000 e 4000 em teoria. Acima de 4000 o 7. Pgina 7 de 14regime estaria bem desenvolvido, constituindo o que chamamos de perfil turbulento. No perfil turbulento, a camada limite cresce e se estabiliza, apresentando uma espcie de achatamento, onde a velocidades teoricamente fica constantes e com pequenas oscilaes dai, desestabilizando e decrescendo ate atingir velocidade zero no limite da parede do lado oposto. Esse tipo de desenvolvimento de perfil ou curva no mais uma parbola se no uma nova curva cuja equao representativa singular para cada dimetro de tubo, chegando prximo de Y = K (constante), para tubos de grandes dimetros. A figura 05 apresenta a curva do perfil parablico para velocidade laminar e a fig. 06 a curva de um perfil turbulento.dS=2xdx=rea do setor interno do circulo dQ=dS.V(x)=Vazo infinitesimalFig. 05-Perfil caracterstico parablico regime laminarO valor mdio de um perfil laminar sempre igual a 0,5 ou 1/2 da velocidade central Vo conforme representado na figura 05. A velocidade mdia verdadeira, Vm aquela onde dividimos a vazo escoante Q pela respectiva rea do tubo. Vm 8. Pgina 8 de 14dQ = dS . V(x) = vazo infinitesimal de um setor interno do perfil. Q= Q= Vm =( ) ( () ( ()) (()) = vazo Q)Como podemos observar o valor mdio de uma velocidade laminar para qualquer valor de x ou dimetro de tubulao Vm = da velocidade Central, Vo. A fig.06 representa o perfil turbulento totalmente desenvolvido. O que podemos afirmar para esse perfil ; quanto maior o dimetro da tubulao, cada vez mais a velocidade media aproxima do valor unitrio. A fig. 06 a representatividade do perfil de velocidade turbulenta bem desenvolvida.dS=2xdx dQ=dS.V(x)Fig. 06=Perfil caracterstico de um regime de vazo turbulentoA partir do momento que x ultrapassar a camada limite, a velocidade tende a fica constante, representada por Vo. Tendo a tubulao um grande dimetro, a camada limite ser pouco representativa em relao ao trecho ou 9. Pgina 9 de 14espaamento em que o x ou Vo ou ainda em relao velocidade que se tornou constante. Equacionando, teremos; dQ = dS.V(x) = 2 Q = kR ento,( )= Vm = K (constante) = Vo c.q.d.O valor de Vm Vo K 1, somente se aproxima desse valor em epigrfe para tubulaes de grandes dimetros, relativamente nova e, com um bom trecho reto a montante da instalao do medidor. No caso particular de um grande trecho reto e tubulao relativamente nova a condio vlida somente para a Pitometria e em particular para o medidor Magntico de Insero, pois ambos medem apenas a velocidade pontual. Referindo-se ao medidor Magntico de Insero, como ele mede a velocidade pontual, dependemos do clculo da velocidade mdia do perfil no ponto de sua instalao para que se tenha a correta medio da vazo. Sabe-se por teoria que a velocidade mdia dentro de um perfil bem desenvolvido e, nas condies ideais de uma instalao bem localizada, est a 1/8 ou a 7/8 do dimetro da tubulao. Esse ditame nem sempre verdadeiro, pois alguns fatores fsicos podem concorrer para afastar ligeiramente o ponto referido de seu exato valor terico. O ponto mais ideal para a insero ou localizao do magntico numa medio, o centro da tubulao. Para tal, deve-se conhecer geometricamente o formato do perfil por meio de seu levantamento, calcular o valor mdio e, em sequencia, determinar o fator de correo do perfil ou fator de correo de velocidade (FV) que, normalmente tem um valor menor que 1,00. Para as posies de insero de 1/8 ou 7/8 o FV vale exatamente 1,00 ou, s vezes sujeito a pequenos reajustes. Quanto ao medidor magntico a carretel ou flangeado, ele no depende muito dos trechos reto a montante nem do trecho reto a jusante, nem to pouco das condies interna da tubulao j que o medidor, no seu interior, tem revestimento de teflon, neoprene, cermica, etc ou borracha com baixssima rugosidade. O medidor magntico em si, no depende numa medio, da presso, temperatura, densidade, viscosidade, nem to pouco do calculo da velocidade mdia a qual , automaticamente extrada em seu interior, como veremos a seguir. Dentro do medidor magntico de dimetro D quando do fluxo escoando, temos por analogia tridimensional, o perfil de uma esfera ou uma bola de football seccionada ao meio com velocidade que variam de zero, nas suas bordas ate ao mximo exatamente no centro onde fica posicionado, simetricamente, na horizontal os eletrodos A e B. Entre eles, em linha reta, existe a ligao eltrica por meio do fluido condutor que se movimenta ou 10. Pgina 10 de 14escoa com uma velocidade Vo. Tambm, por todos os lados, em 360 existe ligaes de maior resistncia e menores velocidades. Vamos considerar apenas a linha de ligao horizontal entre A e B que a principal. Nessa linha que se movimenta no sentido do escoamento, encontramos velocidades que variam de zero, em cima do eletrodo A, at ao mximo no centro e, a partir do centro diminui ate ao valor zero em cima do eletrodo B que exatamente uma das superfcies interna do tubo. Como a ligao eltrica entre os eletrodos A e B esta se movimentando ortogonalmente em relao ao plano vertical da densidade magntica , pela lei de Faraday, essa ligao pode ser interpretada como uma espira de um transformador que se movimenta dentro de campo magntico estvel, originando nessa espira a f.e.m. induzida. Por outro lado, a espira eltrica que se movimenta no tem em toda sua extenso, a mesma velocidade, sendo zero na superfcie dos eletrodos e mxima no centro do tubo. Por esse motivo, a ligao entre os eletrodos, sede de uma f.e.m. induzida varivel a partir...</p>