UNIVERSIDADE FEDERAL DE CAMPINA GRANDECENTRO DE ENGENHARIA ELTRICA E INFORMTICADEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELTRICA

INSTRUMENTAO E ELETRNICATransmissor de Densidade Metroval TDM-01

Aluno: Ezequiel de Souza Batista - matrcula: 111210700Jonatas Dourado Carvalho de Souza - matrcula: 114111599

Prof. Jaidilson J da Silva

Campina Grande-PB, maro de 2015 1- IntroduoO transmissor de densidade Metroval TDM-01(figura 1) um instrumento para medio contnua de densidade de lquidos em processos industriais. Pode ser utilizado para medio de massa especfica, densidade ou concentrao de substncias puras ou misturas, at mesmo com presena de slidos em suspenso.

Figura 1- Transmissor de Densidade Metroval TDM-01

2 - Definies: Massa Especfica (t ): Relao entre a massa e o volume da substncia em uma determinada temperatura [ kg/m3 ]; Densidade: Relao entre a massa de um volume da substncia a temperatura t1 e a massa de igual volume de gua a temperatura t2 [adimensional]; Peso Especfico: Relao entre o peso e o volume de um corpo [kgf/m3 ]

3 - Princpio de Funcionamento:O Transmissor de densidade Metroval TDM-01 utiliza como princpio de medio a frequncia natural de vibrao de dois tubos. A frequncia de ressonncia do elemento tubular depende da massa, e conseqentemente da densidade, do fluido que deslocado. Atravs da medio da frequncia de oscilao possvel determinara massa especfica.

3.1 - Relao entre a Massa e Densidade

O volume do fluido contido nos tubos de fluxo permanece constante, assim, a nica forma de se alterar a massa do fluido se a densidade tambm se alterar. Devido a essa relao entre a massa e a densidade, a massa dos tubos de fluxos cheios indica a densidade do fluido contido.Nas figuras 2, 3 e 4, temos um exemplo do princpio de funcionamento.

Figura 2- Estrutura Interna

Figura 3 - Aumento da Densidade Figura 4 - Diminuio da Densidade

3.2 - Relao entre a Massa e FrequnciaA relao entre massa, rigidez e freqncia natural a base para a medio da densidade em um medidor Coriolis. Para entender essa relao, considere o sistema de massa e mola.Conforme a massa aumenta, a freqncia natural do sistema diminui (aumento de massa), figura 5.a e 5.b: Figura 5.a - Diagrama massa mola Figura 5.b - Resposta em frequncia

Conforme a massa diminui, a freqncia natural do sistema aumenta (diminuio de massa), figura 6.a e 6.b: Figura 6.a - Diagrama massa mola Figura 6.b - Resposta em frequncia

No sensor Coriolis, os tubos correspondem mola. A massa dos tubos mais a massa do fluido dentro destes, correspondente massa na extremidade da mola (figura 7). A rigidez dos tubos de fluxo permanece essencialmente constante. Portanto, a massa (densidade) do fluido contido no volume fixo dos tubos de fluxo a nica varivel que afeta a freqncia natural.Durante o funcionamento, uma bobina impulsora faz com que os tubos oscilem na freqncia natural.

Figura 7

3.3 - Perodo do TuboA freqncia medida em ciclos por segundo. O perodo do tubo o inverso da freqncia natural. Os medidores medem a densidade medindo o perodo do tubo em microssegundos por ciclo. A densidade do fluido est diretamente relacionada ao perodo medido do tubo. As figura 8.a e 8.b abaixo, mostram essa relao com o perodo: Figura 8.a- Aumento da densidade Figura 8.b- Diminuio da densidade

3.4 - Calibrao para Medio da Densidade A relao entre a densidade e o perodo do tubo uma funo bem definida. Se quaisquer dois pontos de densidade/perodo do tubo forem conhecidos, a medida de densidade em outros perodos do tubo durante a operao pode ser feita com grande preciso.O sensor acionado com um tubo de fluxo cheio de ar e o perodo do tubo correspondente registrado como o fator de calibrao de densidade K1. A densidade real do ar no momento da calibrao, que foi determinada por medidas de referncia do laboratrio, registrada como o fator de calibrao de densidade D1; Os tubos so ento preenchidos com gua e o perodo do tubo registrado como K2. A densidade da gua, novamente determinada a partir de normas rastreveis de laboratrio, registrada como D2. Esses quatro fatores, K1/D1 e K2/D2 caracterizam a resposta de um sensor em particular densidade do fluido.A relao entre a densidade do fluido e o perodo do tubo ao quadrado linear. A Figura 9 mostra a relao linear entre as densidades dos dois fluidos de calibrao e os perodos do tubo.

Figura 9

4 - Caractersticas Eltricas

5 - Caractersticas Mecnicas

6 - Aplicaes

O transmissor de densidade Metroval TDM - 01 utilizado na medio continua de massa especfica de lquidos e/ ou concentrao de misturas:

Em usinas de acar e lcool pode ser utilizado para medio do teor alcolico em INPM ( lcool hidratado e lcool anidro) ou brix do mosto, xarope e mel; Na industria qumica (tintas, solventes, cidos e solues); Petroqumica (GLP, diesel, gasolina, etc...); Industria de papel e celulose; Cimento e cal; Mineradores; Na indstria alimentcia pode ser utilizado para medio de sacarose, polpa de frutas, sucos, xaropes, cervejas, refrigerantes, bem como leite e seus derivados; Converso massa volume.

7- Instalao Mecnica

7.1- Posies de Instalao Normalmente o TDM-01 instalado de 3 formas diferentes:

1- Instalao Tpica, indicada para lquidos limpos em baixas vazes ( figura 10).2- Instalao auto-drenagem , amostrando o fluido por escoamento. ( figura 11) . 3- Instalao invertida, recomendada para lquidos com slidos em suspenso ( Figura 12 )

Figura 11 Figura 10

Figura 12

7.2 Tipos de Instalao7.2.1- Instalao em serie com o processo

Quando a vazo de trabalho for menor que 6 LPM ( litros por minuto) o densimetro poder ser instalado em srie com o processo, isto a vazo de liquido para o processo pode passar atravs do densimetro.

Figura 13 Instalao em srie com o processo7.2.2 Instalao atravs de By- Pass

Quando a vazo do processo no for pequena o suficiente para emitir a instalao em linha, deve-se optar pela configurao by-pass. Uma obstruo entre a entrada e a sada da tomada de amostra utilizada para provocar o diferencial de presso necessrio para garantir uma vazo adequada atravs do densimetro ( uma placa de orifcio, por exemplo, pode ser utilizada). A vazo deve garantir uma boa renovao da amostra, refletindo as condies reais do processo. A instalao de vlvulas na montante e jusante do densimetro recomendada , para facilitar a instalao e a retirada do equipamento para manuteno e calibrao.

Figura 14 Instalao atravs de By-Pass

Figura 15 Instalao atravs de By-Pass com coleta de amostra8- Instalao Eltrica

8.1-Instalao Intrinsecamente segura Ex i

Um circuito ou parte dele intrinsecamente seguro quando o mesmo, sob condies de ensaio prescritas, no capaz de liberar energia eltrica ( fasca ) ou trmica suficiente para, em condies normais ( isto , abrindo ou fechando o circuito ) ou anormais ( por exemplo, curto-circuito, falta terra), causar a ignio de uma atmosfera explosiva.Quando o densimetro precisar ser instalado em Zona 0, uma barreira externa ( equipamento associado ) poder ser utilizada em rea segura, e o densimetro neste caso passa a ser considerado equipamento intrisecamente seguro como um todo.

Figura 16 Instalao Ex i Barreira Externa

7.2 Instalao Ex d

O invlucro dividido em duas cmaras, sendo que a parte traseira destina-se a conexo da alimentao, sinais analgicos e digitais. Para a cmara traseira e frontal do invlucro considerado o tipo de proteo Ex d, ou seja, a tampa que d acesso aos terminais de ligao traseiro e tampa frontal ( janela de inspeo ) no devem ser abertas enquanto os circuitos estiverem alimentados. A parte frontal possui um display tipo LCD e visor de vidro, permitindo a visualizao da indicao das variveis e parametrizao via teclado ou chaves magnticas. Os circuitos destinados aos sensores so intrinsecamente seguros e conectados na parte inferior do invlucro atravs de bucha resinada e conector apropriado.

Figura 17 Instalao Ex d

7.3 Diagrama de Blocos

Figura 18a Diagrama de Ligao TDM-01 verso 2 dios Ex ia usando barreira IS externa e interna

Figura 18b Diagrama de Ligao TDM-01 verso AC

7.4 Bornes de conexo

Figura 19a Conexo Traseira Verso DC => 2 fios

Figura 19b Conexo Traseira Verso AC => 85 a 250 V

Figura 20- Rede RS 485

8 Painel Frontal

Figura 21- Painel Frontal

Figura 22- Display LCD

O Transissor de densidade TDM 01 possui painel frontal com display LCD, teclas e reed switches que permitem a configurao local de todos os parmetros de calibrao. possvel executar tambm algumas funes de monitoramento e diagnstico que avaliam o estado do equipamento com relao medio de frequncia e temperatura, bem como, o sinal analgico de 4 a 20 mAOs sensores tipo reed-switch ( acionados atravs de ms) operam em paralelo com as trs teclas do painel frontal permitindo a configurao dos parmetros sem necessidade de remoo da tampa frontal com visor de vidro.

9- ConclusesFoi possvel Observar que o densmetro TDM permite a medio contnua da densidade e concentrao de diversos tipos de fluidos e misturas lquidas com exatido alm de permitir a parametrizao de curvas de concentrao com correo de temperatura automtica. O que sem dvidas de grande utilidade para vrias aplicaes anteriormente citadas.

Referncias:

http://www3.emersonprocess.com/micromotion/tutor/portuguese/43_densityopdensitymass.htmlhttp://www.metroval.com.br/produtos/acucar-e-alcool/transmissor-de-densidade-metroval-01/