Princípios Básicos de Vazão SENAI Santos. Leandro Massaro Technical Sales Consultant Field Devices

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1 Princípios Básicos de Vazão SENAI Santos Leandro Massaro Technical Sales Consultant Field Devices

2 Sumário Introdução Conceitos Básicos Tipos de Medidores Vortex Coriolis Eletromagnético FlowExpertPro 2

3 Introdução Líquidos Limpos Vapor Serviço Criogênico Líquidos Sujos Gás Líquidos Corrosivos Partículas Abrasivas Alta temperatura What flowmeter for the job???? Tubulações Vazias Partículas Fibrosas Baixa Velocidade Canal aberto Fluido Não Newtoniano 3

4 Introdução Magnético Vortex Turbina Placa de Orifício Ultrassônico Bocal de Vazão Target Venturi Pitot Inserção Deslocamente Positivo Coriolis What flowmeter for the job???? Mássico Multivariável Doppler / Tempo de voo Tubo reto / Tubo U 4

5 Introdução 5

6 Conceitos Básicos Primeiro Conhecer o processo: Que tipo de fluido? Líquido, gás ou vapor Limpo ou sujo Corrosivo Quais as condições do processo? Temperaturas Pressões 6

7 Conceitos Básicos Segundo Conhecer a instalação: Linhas paralelas e layout Necessidade de transmissor remoto Diâmetros a montante e a jusante disponíveis 7

8 Conceitos Básicos Terceiro Conhecer os requisitos de performance: Qual a precisão necessária? Precisão sobre qual a faixa de vazão? Há alguma vazão específica ou uma faixa? Qual a faixa fora de comum? 8

9 Conceitos Básicos Quarto Conhecer os fatores econômicos que podem influenciar: Necessidades de adaptação de tubulação Necessidades de cabeamento adicional para opções 4 fios Confiabilidade vs manutenção Custos do equipamento 9

10 Conceitos Básicos Líquidos O que preciso saber? Densidade Viscosidade (água ou banha) Condutividade (para magnéticos) Corrosivo / abrasivo Limpo ou sujo Unidade normalmente em volume ou massa 10

11 Conceitos Básicos Gases O que preciso saber? Densidade Viscosidade Composição (É gás puro?) Gás Natural composição Unidade normalmente em volume normalizado ou massa 11

12 C Conceitos Básicos Vapor O que preciso saber? Saturado ou Superaquecido Saturado pode ser compensado apenas por temperatura Unidade normalmente em massa Temp. Sat. vs Pressão kpa 12

13 Conceitos Básicos Volume nem sempre é volume Volume varia de acordo com a pressão e temperatura (densidade) Volume atual tende a ser sempre diferente do que normalizado (PV=nRT) Volume normalizado: Volume compensado a uma temperatura e pressão Nm³ - geralmente considerado a 0 C e 1 atm (também pode ser 15 ou 20 C) Maior causa de erros na especificação de medidores de vazão para gases e vapores é devido à confusão de volume normalizado 13

14 Conceitos Básicos Por que medir massa? Massa é utilizada como base na transferência de custódia Densidade da água a 30 C e 1 bar g = kg/m³ Densidade da água a 90 C e 1 bar g = kg/m³ Erro percentual na medição de volume = 3.12% 14

15 Conceitos Básicos Nm³ Nós normalmente temos 570 mil metros cúbicos por dia, 70 kgf/cm² e 20 C m³ Então qual a vazão do seu gás natural? 15

16 Conceitos Básicos 4.5 milhões em m³ vs Nm³ a 70 kgf/cm² e 20 C Se for m³, então é um Vortex de 10 Se for Nm³, então é um Vortex de 1 É importante conversar na mesma linguagem com o cliente. 16

17 Conceitos Básicos Reynolds: r V D m Vazão Viscosidade 17

18 Conceitos Básicos Escoamento Laminar (Re < 2000) 18

19 Conceitos Básicos Escoamento Turbulento (Re > 4000) 19

20 Conceitos Básicos Precisão 10 Linear 10 Raíz Saída 10 para1 Saída para % Vazão % da Vazão +/-0.2% Vazão % % % Fundo de Escala +/-0.2% 20

21 Tipos de Medidores Vazão por pressão diferencial (placa de orifício, bocal de vazão, etc.) Pros Testado e validado Barato Líquidos, gases e vapores Utilizado em várias indústrias Várias normas de suporte Cons Baixa precisão Baixa rangeabilidade (Raíz) Sempre precisa de compensação Alta sensibilidade ao desgaste Alto custo de manutenção 21

22 Tipos de Medidores Turbina Frequência prop. a vazão Pros Linear com vazão Fácil instalação Princípio bem aceito Alta precisão Alta rangeabilidade Líquidos, gases e vapores AGA Cons Partes móveis Ruim para líquidos sujos Alto custo de manutenção 22

23 Tipos de Medidores Eletromagnético Pros Não Obstrui Fácil instalação Linear com a vazão Alta precisão Alta rangeabilidade Bi-direcional Disponível para vários diâmetros Cons Requer líquidos condutivos Pode ser caro 23

24 Tipos de Medidores Ultrassônico Tempo de voo Requer fluido limpo Disponível em linha ou clamp on Baixa precisão com feixe simples Alta precisão com feixes múltiplos, mas caro Pode ser utilizado em linhas muito grandes Cada vez mais aceito em gás natural Doppler Geralmente clamp on Baixa precisão Mais indicação que medição 24

25 Tipos de Medidores Vortex Pros Linear com vazão Saída em frequência Sem parte móveis Alta precisão Alta rangeabilidade Baixo custo Líquidos, gases e vapores Cons Não indicado para alta viscosidade e fluidos sujos Não vai até vazão zero Limitações de tamanho 25

26 Tipos de Medidores Coriolis Pros Medição mássica real Mede densidade Melhor precisão Melhor rangeabilidade Ideal para líquidos difíceis Bom para gás Ideal para alta viscosidade Sem necessidade de trecho reto Cons Caro Limite de tamanho 26

27 Vortex 27

28 Vortex DirectSense Garantia do Sensor Rangeabilidade Precisão Temperatura máxima Conexões disponíveis 28

29 Vortex 29

30 Vortex DirectSense Sensor direto no processo Aumenta a rangeabilidade Aumenta a imunidade ao ruído Aumenta a sensibilidade Garantia do Sensor por toda a vida (Não válido para multivariável) Maior Rangeabilidade do mercado Melhor Precisão do mercado 0.5% para líquidos 1.0% para gases e vapor 30

31 Vortex Temperatura até 430 C (opção estendido) Imunidade à vibração das tubulações Algoritmo ActiveTuning: Compensação dos efeitos da tubulação, correção de baixa vazão (Reynolds de 5000), filtro adaptativo e condicionamento de sinal Troca do sensor sem necessidade de recalibração Invólucro com LCD e botões para configuração Montagem Integral ou Remota 31

32 Vortex Sinal 4-20mA+HART e pulso Totalização de Vazão Medição simples ou dual (dois transmissores) Certificação INMETRO (Ex d, ia, tb) Corpo e shedder em aço inox ou liga de níquel (similar ao Hastelloy) Sem partes móveis 32

33 Vortex Flangeado: ¾ até # até 1500# Wafer: ¾ até 8 Roscado: 1 e 2 NPT Sanitário: 2 e 3 3-A e acabamento 25 RA 33

34 Vortex Linha 84C mesma família do 84F, mas com sensor de temperatura integrado (RTD e poço) Flangeado de ¾ até 12 Max. Temperatura = 260 C Melhor Precisão do Mercado: Temperatura = 0.56 C Vazão Mássica = 1.4% Saídas: 4-20mA+HART Pulso 34

35 Vortex Aplicações: Medições de Utilidades Ar comprimido Nitrogênio Gás natural Vapor Água Medições de Líquidos Limpos Etanol Água Cloro Medições de Gases em Geral 35

36 Coriolis Transmissor CFT51 Tubos CFS10 ou CFS20 Tubos CFS25 36

37 Coriolis Princípio Coriolis Efeito Coriolis é uma força inercial Só age em corpos que estão em movimento Gustave-Gaspard de Coriolis ( ) 37

38 Coriolis Medição Bifásica Tempo de Resposta Tubo parcialmente vazio Batelada Verificação do Tubo Online 38

39 Coriolis Medição Bifásica CFS10/CFS20 Diferencial do mercado Não precisa de recalibração Tempo de resposta - Todos Mais rápido do mercado 35 mseg Tubo parcialmente vazio - Todos Verificação do tubo online (diagnóstico) CFS10/CFS20 Erosão, corrosão e rompimento do tubo 39

40 Coriolis Batelada 40

41 Coriolis Digital Analógico Digital Analógico up Flowtube ADC Controlador do Tubo Processor DAC Coriolis Tubo Antigo CFT51 41

42 Coriolis CFS10/20 42

43 Coriolis CFS25 43

44 Coriolis I/O: Hardwired: Saída analógica (4-20mA+HART), alarme em saída analógica, saída em frequência, pulso com escala, quadratura de pulso, contatos de entrada e de saída Digital: Modbus Saídas Configuráveis: Vazão mássica atual Vazão volumétrica atual Totalização mássica Totalização volumétrica Densidade Temperatura Brix e Baumé Outros (Concentração, Percentual de Sólidos, Fluxo bidirecional, etc.) 44

45 Coriolis Precisão: Líquidos: 0.1% Gases: 0.5% Densidade: g/cm³ Invólucro com LCD e botões para configuração Montagem Remota Certificado para Transferência de Custódia (USA) Certificação Ex d, Ex ia e Ex n 45

46 Coriolis 4 fios 24 Vcc ou 110/220 Vca (Potência de 15 W ou 18 VA) Rangeabilidade de 100:1 Fluxo bidirecional Transmissor em alumínio Tubos de 1/8 até 3 Partes molhadas em 316ss ou liga de níquel (similiar ao Hastelloy C- 22) 46

47 Coriolis Flangeado: 1/4 até 3 150# até 900# Roscado: 1/8 até 2 NPT Sanitário (Tri-clamp e DIN roscado): ¼ até 3 3-A 47

48 Coriolis Range de 0.03 kg/min até 4500 kg/min Temperatura máxima de 180 C Pressão máxima de 345 bar g 48

49 Coriolis Característica CFS25 CFS10 CFS20 Vazão Serial Sim Sim Não Vazão Paralela Sim Não Sim Hastelloy 1 1/8, ¼, ½ e 1 1.1/2 Alta Pressão 1 (5000 psi) Não Não Bifásico Contínuo Não Sim Sim Batelada Começa Vazio Batelada Termina Vazio Transmissor mais rápido Sim Sim Sim Sim Sim Sim Sim Sim Sim Remoto Até 33 metros Até 300 metros Até 300 metros Verificação Online Não Sim Sim Nace Não Sim Sim 49

50 Coriolis Aplicações: O&G Transferência de Custódia Químicas e Petroquímicas Processo em geral Processos em batelada Descarregamento e carregamento de caminhões Usinas de Álcool e Açúcar Destilaria Transferência de Custódia F&B Processo em geral Processos em batelada Descarregamento e carregamento de caminhões Envase 50

51 Eletromagnético Sistema composto por duas partes: Tubo Sensor e Transmissor Diâmetros de 1/10 (2.5mm) até 78 (2000mm) Medição de vazão volumétrica de líquidos condutivos 51

52 Eletromagnético Baseado na lei de Faraday : Um condutor passando através de um campo magnético gera uma tensão (ddp) proporcional à velocidade de seu movimento 52

53 Eletromagnético Alimentação para as bobinas Sinal de Saída Sinal de medição Configuração Alimentação 53

54 Eletromagnético IMT25 Propósito Geral Químicas e Processo WWW IMT96 Não homogênea Partículas Pulsante Bateladas Curtas 54

55 Eletromagnético IMT mA+HART 24 Vcc e 110/220 Vca Saídas com pulso Montagem integral ou remota IMT mA+HART 110 e 220 Vca Saída pulsada Montagem remota 55

56 Eletromagnético IMT25 trabalha com pulso DC: Medições são feitas quando o campo magnético está estável A mudança de polaridade ciclíca permite o cancelamento de ruídos Auto-zero Medição 56

57 Eletromagnético IMT96 trabalha com Ex-Pulse: Frequência de excitação em 2/3 da alimentação (2*60Hz/3 = 40Hz) Excitação da bobina é 10 vezes mais potente que o DC Resposta Rápida Precisão de 0.5% 57

58 Eletromagnético 9300A: Propósito geral em indústricas químicas e de processo. Revestimento em PFA, PTFE e Poliuretano. 9100A/9200A: WWW e propósito geral. 8000A: Aplicações Wafer para indústricas químicas e de processo. Revestimento Cerâmica e PFA IMT96: Aplicações rigorosas, como Papel e Celulose e MMM. 4700S: Medidor sanitário para F&B e Farmacêuticas. MAG2: Propósito geral 2 fios. 58

59 Eletromagnético 9300A: ½ a 16. PFA, PTFE e Poliuretano. 9100A: 1 a 78. Ebonite. 9200A: ½ a 78. Neoprene, EPDM, Linatex 8000A: 1/16 a 6. PFA e Cerâmica. 2800: 1/10 a 36. PFA, PTFE, Poliuretano, Neoprene e Sanitário. 4700S:1/2 a 4. Cerâmica e PFA. MAG2: 1/10 a 8. PFA. 59

60 Eletromagnético Guia do Eletrodo Concorrência (Inserido por fora) Foxboro Design (Inserido por dentro) Bucha Cerâmica Isolação em Ryton Parede do tubo Metal rígido da estrutura Bucha Metálica Belleville assembly Isolação em PTFE Porca de ajuste Eletrodo Revestimento PFA Eletrodo com maior superfície representa menor sensibilidade a bolhas de ar 60

61 Eletromagnético WWW Produtos Químicos Condutivos Papel e Celulose Alimentos e Bebidas Fluidos Sujos (MMM) Baixa Velocidade Sem perda de carga 61