Desenvolvimento e Aplicação do Medidor de Vazão Mássica Coriolis
2025/09/10
Resumo: Este artigo revisou brevemente o processo de desenvolvimento do medidor de vazão mássica Coriolis, resumiu seu desenvolvimento e status de aplicação e apontou suas tendências de desenvolvimento.
Medição direta de vazão mássica VS medidor de vazão volumétrico
A medição de vazão, temperatura e pressão, em conjunto, constituem os três principais parâmetros de medição no campo da medição industrial, sendo a medição de vazão a mais complexa e a que exige a mais alta precisão. Sua medição econômica, confiável e segura desempenha um papel importante no processo de produção. Atualmente, existem diversos tipos de instrumentos utilizados para medição de vazão, como medidores de vazão de engrenagem oval, medidores de vazão de pressão diferencial, medidores de vazão eletromagnéticos, medidores de vazão de turbina, medidores de vazão ultrassônicos, etc., todos pertencentes ao tipo de medidores de vazão volumétricos .
Medição de vazão volumétrica por medidor de vazão de engrenagem oval
Por que as indústrias precisam de soluções de medição direta de fluxo de massa
No campo da produção industrial, devido a razões como balanço de materiais, balanço térmico, armazenamento e contabilidade econômica, as pessoas estão mais preocupadas em medir a massa de fluido que flui. Embora um medidor de vazão mássica indireto possa ser composto por um medidor de vazão volumétrico e um medidor de densidade, sua estrutura é complexa e é afetada pela pressão e temperatura, resultando em grandes erros de medição. Portanto, há muito tempo, os técnicos em metrologia esperam desenvolver um medidor de vazão mássica que possa medir diretamente a vazão mássica de fluidos em tubulações.
A medição do fluxo de massa de Coriolis não é afetada pela temperatura, pressão, viscosidade
Precisão do medidor de vazão Coriolis vs. medidores de vazão eletromagnéticos e de turbina
A precisão do medidor de vazão de turbina não é tão boa quanto a do medidor de vazão mássica Coriolis
Comparado com outras tecnologias, como medidores de vazão eletromagnéticos ou de turbina , os medidores de vazão Coriolis fornecem maior precisão e medição direta de vazão mássica. O medidor de vazão mássica Coriolis (doravante denominado medidor de vazão Coriolis) é um novo tipo de medidor de vazão mássica desenvolvido pela Micro Motion em 1977, que se baseia no princípio da força de Coriolis proporcional à vazão mássica gerada por um fluido em um sistema rotativo durante movimento linear. Ele pode medir direta e precisamente a massa do fluido e obter o valor da densidade do fluido ao mesmo tempo. Atualmente, é um dos medidores de vazão de desenvolvimento mais rápido. Após anos de desenvolvimento, esse novo tipo de medidor de vazão mássica melhorou muito seu desempenho de medição e se tornou líder em medição de vazão. Artigo relacionado: [ Medidor de vazão Coriolis vs. Medidor de vazão magnético ]
Princípio de funcionamento e fórmula do medidor de vazão mássica de força Coriolis
O princípio básico de funcionamento do medidor de vazão Coriolis é a força de Coriolis. Em um disco girando a uma velocidade angular ω, há uma massa m. O ponto se move a uma velocidade v e, neste ponto, a partícula experimentará uma força inercial fictícia.
Função Fc, seu tamanho é:
Fc=2mωv
Na fórmula: Fc é a força de Coriolis; M é a massa da partícula medida; ω é a velocidade angular; V é a velocidade radial em um sistema rotativo ou oscilante.
Medidor de vazão Coriolis em tubo em U para medição de vibração e torque
A força Fc é a força de Coriolis, que é perpendicular ao plano determinado por ω e v. Tomando como exemplo o medidor de vazão mássica de tubo em U comum, o tubo em U vibra uniformemente a uma frequência de 80 Hz sob a ação de um driver eletrônico. Devido à presença da força de Coriolis, o fluido flui em direções opostas em ambos os lados do tubo em U, e a força de Coriolis resultante atua em direções opostas na parede do tubo, como mostrado na Figura 1. Devido à direção oposta da força que atua nos tubos paralelos em ambos os lados, o tubo em forma de U é submetido a um torque M. Ao mesmo tempo em que o tubo em forma de U vibra para cima e para baixo, ele parece ser torcido alternadamente de lado, como mostrado na Figura 2.
Método de cálculo do ângulo de torção e da diferença de tempo do medidor de vazão Coriolis
O torque M é proporcional a FC, e FC é proporcional a mv. Portanto, desde que o ângulo de torção θ do tubo em forma de U seja medido e o torque M seja calculado, o valor m da vazão mássica pode ser obtido. Devido à dificuldade em medir com precisão o ângulo de torção θ, a relação entre o ângulo θ e a diferença de tempo Δ t entre os tubos retos paralelos que passam pelo ponto de equilíbrio central em ambas as extremidades do tubo em forma de U pode ser usada para obter a medição do ângulo θ, realizando assim a medição da vazão mássica.
Mercado global de medidores de vazão Coriolis
Medidor de vazão Micromotion Coriolis da Rosemount
Os fabricantes representativos de medidores de vazão Koch estrangeiros são a Rosemount e a E+H, com participação de mercado de 65% e 25%, respectivamente. Embora os medidores de vazão Coriolis tenham entrado no mercado apenas no início da década de 1980, eles se tornaram gradualmente o produto dominante entre os medidores de vazão, com indicadores de desempenho técnico e níveis de inteligência em constante aprimoramento. Especialistas renomados comentaram que o medidor de vazão Coriolis substituirá outros tipos de medidores de vazão mássicos e certos medidores de vazão volumétricos como a principal tecnologia para medição de vazão.
Taxa de crescimento do mercado de medidores de vazão Coriolis e estatísticas de vendas de 1991 a 2004
O fato das vendas no mercado também comprova este ponto: muitos medidores de vazão tradicionais estão experimentando um declínio significativo em sua participação de mercado, enquanto apenas os medidores de vazão Koch estão crescendo a uma taxa média anual de 16%. Segundo estatísticas, a capacidade instalada mundial estimada era de 110.000 a 130.000 unidades em 1991. Em 1995, as vendas globais de medidores de vazão somaram 3 bilhões de dólares americanos, dos quais os medidores de vazão Coriolis representaram 235 milhões de dólares americanos, aproximadamente 8%. Nos últimos cinco anos, a receita média anual de vendas de vários medidores de vazão em todo o mundo foi de 2,2 bilhões de dólares americanos, dos quais a participação dos medidores de vazão Coriolis é de 420 milhões de dólares americanos, representando 19%, enquanto outros tipos de medidores de vazão representam menos de 8%.
Tendências de pesquisa em automação industrial e tecnologia de medidores de vazão Coriolis
No entanto, com a crescente demanda por tecnologias automatizadas de detecção e processamento de informações na produção industrial, parâmetros e situações industriais que não podiam ser medidos devido à complexidade e dificuldade dos fluidos passaram a exigir monitoramento e medição da vazão mássica. Por isso, países como Estados Unidos, Alemanha, Reino Unido e Japão estão realizando pesquisas tecnológicas com novos medidores de vazão Coriolis. Devido às vastas perspectivas de mercado e aos altos lucros desses novos instrumentos, os países têm investido pesadamente e estão ansiosos para aproveitar o auge dessa tecnologia.
Status de desenvolvimento do medidor de vazão Coriolis da China
A China iniciou relativamente tarde a pesquisa e a aplicação de medidores de vazão Coriolis. Desde meados da década de 1980, os medidores de vazão Coriolis têm sido aplicados em alguns conjuntos completos de equipamentos importados. Em 1992, cerca de 2.000 unidades já haviam sido colocadas em uso, principalmente nas indústrias de petróleo e química. Nos últimos anos, com a crescente compreensão dos medidores de vazão Coriolis, o número de medidores de vazão Coriolis instalados na China continuou a aumentar, e seu escopo de aplicação se tornou mais amplo. No entanto, a grande maioria deles é importada do exterior.
Os medidores de vazão Coriolis das séries SH-CMF e SH-CMD da silverinstruments.com contam com quase 40 anos de experiência em produção. Buscamos a excelência em nossos processos de produção e 40 anos de experiência em aplicações permitem que nossos medidores de vazão de alta qualidade tenham aplicações estáveis e excelentes em diversos setores. Para algumas aplicações industriais especiais, alcançamos avanços, como o medidor de vazão Coriolis de alta pressão de 1000 bar, temperatura ultrabaixa de -260 graus Celsius, o medidor de vazão Coriolis de temperatura ultraalta de 400 graus Celsius e materiais especiais para sensores de vazão mássica, como tântalo e titânio. A Monel e outras empresas alcançaram avanços tecnológicos.
Medidor de vazão criogênico para medição de GNL da silverinstruments.com
Medidores de vazão mássica de gás de pequeno porte são amplamente instalados na China, usados principalmente em equipamentos experimentais de pequeno e médio porte, dispositivos de análise e detecção on-line e produção da indústria de semicondutores nas indústrias química e petroquímica. Medidores de vazão mássica de gás de grande porte são usados principalmente para medir gás natural e gás de carvão. Embora a quantidade não seja grande, as perspectivas são promissoras. Nos últimos anos, o desenvolvimento de medidores de vazão mássica de gás de pequeno e médio porte na China tem sido rápido. Tomando 1999 como exemplo, um total de 2785 unidades foram instaladas na China, incluindo 2150 unidades produzidas internamente (principalmente de fabricantes como o Instituto de Pesquisa Química de Pequim do Ministério da Indústria Química, a Fábrica de Instrumentos Jianzhong e a Companhia Shengye) e instrumentos importados principalmente de empresas como a Brooks UN. Devido às limitações dos dispositivos de calibração, atualmente existem poucos fabricantes de medidores de vazão mássica de gás de grande diâmetro na China, mas a silverinstruments.com pode oferecer medidores de vazão mássica Coriolis de no máximo 12”, que podem medir cerca de 918 lb/s de vazão.
Medidor de vazão Coriolis de 12” da silverinstruments.com
Desafios de desenvolvimento e crescimento do mercado de medidores de vazão mássica de líquidos chineses
Devido à alta dificuldade técnica e ao longo ciclo de benefícios, o progresso dos medidores de vazão mássica de líquidos é relativamente lento. Embora muitas instituições de pesquisa e universidades tenham desenvolvido este produto, o número de fabricantes é extremamente limitado e a produção não é grande (incluindo principalmente o Instituto de Pesquisa Química de Pequim do Ministério da Indústria Química, a Fábrica de Instrumentos Taihang de Shanxi, etc.), dependendo principalmente de importações, mas a demanda está aumentando ano a ano.
Crescimento das vendas do medidor de vazão Coriolis da Micro Motion na China de 1992 a 2004
De acordo com dados da Micro Motion (MM) Company, nos Estados Unidos, as vendas totais da empresa na China foram de 600 unidades em 1992, com um volume de vendas de 1.000 unidades em 1992. Em 1997, a quantidade instalada de medidores de vazão Coriolis era de aproximadamente 3.500 a 4.500 unidades e, em 2004, atingiu 7.500 unidades. Esses instrumentos são amplamente utilizados na medição e controle de fábricas petroquímicas, químicas, de materiais de construção, de vidro e fornos industriais.
Comparação de desempenho do medidor de vazão Coriolis chinês e internacional
Embora a produção de medidores de vazão mássica de líquidos seja muito complexa, já alcançamos alguns avanços tecnológicos. De acordo com uma comparação de amostragem realizada pelo Departamento Nacional de Metrologia em 2004 entre os produtos fabricados pela MM Company, E+H Company e pelo Instituto de Pesquisa Química de Pequim do Ministério da Indústria Química, os resultados mostraram que os indicadores técnicos e o desempenho dos três produtos eram basicamente equivalentes.
Alguns medidores de vazão Coriolis de fabricação chinesa têm alto desempenho como marca internacional.
Aplicações do medidor de vazão mássica Coriolis em diversos setores
Devido à sua alta precisão, resistência ao desgaste, ampla faixa de meio de medição e medição multiparâmetro, os medidores de vazão mássica Coriolis têm sido amplamente utilizados em indústrias como petróleo, química, aeroespacial, energia, fabricação de papel, alimentos e farmacêutica.
Medição de lama de TiO2 na indústria de papel usando medidores de vazão Coriolis
Medidor de vazão Coriolis para medição de polpa
O TiO2, usado para ajustar a opacidade e o brilho de papéis avançados na produção de papel, é um material muito caro. Ele é adicionado como uma pasta suspensa em água e geralmente é medido por um medidor de vazão eletromagnético para medir a vazão. Diversos fatores podem causar alterações no teor de pó de TiO2 em tubulações, e os operadores devem adicionar TiO2 em excesso para atender aos requisitos mínimos de brilho e opacidade do papel. O uso do medidor de vazão Coriolis pode solucionar o problema do controle do teor de TiO2, garantindo a qualidade do produto sem desperdício de materiais e aumentando os benefícios econômicos.
Sistemas de controle de mistura química de dois componentes com medidores de vazão Coriolis duplos
Medição de fluxo de resina e endurecedor
Na indústria química, muitos processos exigem o controle contínuo de dois componentes misturados em uma proporção fixa, como a mistura de resina e endurecedor. Dois medidores de vazão Coriolis são selecionados no sistema de controle, e dois conversores são usados para controlar as bombas reguladoras de velocidade dos dois componentes, respectivamente. Os conversores possuem reguladores PID, e todo o sistema implementa o controle de proporção dos dois componentes.
Medidores de vazão Coriolis na produção de polipropileno com catalisadores sólidos
Durante o processo de produção de polipropileno, medidores de vazão de turbina ou volumétricos são suscetíveis a danos devido ao uso de catalisadores sólidos; devido à natureza não condutiva dos solventes, medidores de vazão eletromagnéticos também não são adequados; aditivos aquecidos a 100-150 ℃ também formarão revestimentos nos sensores de pressão diferencial devido às mudanças de temperatura, afetando a precisão da medição, e a vazão dos aditivos afetará diretamente a qualidade do produto. O uso do medidor de vazão Coriolis não é limitado pelos vários fatores mencionados acima e alcança medições precisas.
Aplicações do medidor de vazão Coriolis na produção de cerveja e uísque
Medidor de vazão mássica usado na indústria de bebidas alcoólicas
No processo de produção de cerveja, açúcar e água precisam ser misturados, e um medidor de vazão Coriolis é utilizado. A saída de densidade pode informar ao operador o grau de dissolução do açúcar. Uma vez que a saída de densidade esteja estável, isso comprova que a dissolução é uniforme e o lote e a qualidade podem ser controlados de forma eficaz. Usado para controlar a porcentagem de amido no processo de produção de uísque e outras bebidas alcoólicas, economizando tempo de destilação, aumentando a produção e melhorando a eficiência de todo o processo de fabricação. Outras aplicações relacionadas ao medidor de vazão Coriolis
Vantagens e limitações do medidor de vazão Coriolis em aplicações industriais
O princípio do medidor de vazão Coriolis determina suas vantagens excepcionais, como alta precisão e ampla faixa de medição, mas também apresenta desvantagens como alta perda de carga, altos requisitos para processos de fabricação e instalação e suscetibilidade a vibrações externas. Na última década, o nível tecnológico dos medidores de vazão Coriolis melhorou significativamente e seu escopo de aplicação tornou-se cada vez mais abrangente. Prevê-se que o medidor de vazão Coriolis terá um desenvolvimento ainda mais rápido no futuro.
Tendências de desenvolvimento futuro da tecnologia de medidores de vazão mássica Coriolis
Do status atual da pesquisa e aplicação do medidor de vazão Coriolis, sua principal direção de desenvolvimento é:
Desenvolvimento de medidor de vazão Coriolis de grande diâmetro para aplicações industriais
Desenvolvimento de uma nova série de medidores de vazão mássica (de grande diâmetro). Para expandir o campo de aplicação dos instrumentos, diversas empresas desenvolveram produtos de grande calibre, até mesmo ultragrande, com base nos produtos originais de pequeno e médio porte, para atender às necessidades de diferentes usuários.
Medidores de vazão Coriolis multiparâmetros: medição de vazão mássica e densidade
Desenvolvendo uma abordagem versátil para uma única tabela. O medidor de vazão Coriolis é usado principalmente para medir a vazão mássica de líquidos, mas, de acordo com seu princípio, também pode medir a densidade de líquidos. Este medidor também pode ser usado para medir a vazão mássica de gases fluindo sob alta pressão devido à sua densidade aumentada. O medidor de vazão Coriolis da silverinstruments.com pode medir a densidade de líquidos.
Análise de erros de fabricação e instalação de medidores de vazão Coriolis
Analisar o impacto e a relação numérica dos erros de fabricação e instalação em medidores de vazão Coriolis, a fim de flexibilizar os requisitos de precisão de fabricação e instalação dentro da faixa permitida de erros de medição e reduzir a dificuldade do processo de fabricação e instalação.
Medidores de vazão Coriolis para aplicações de fluidos bifásicos e de baixa densidade
Expandir ainda mais a aplicação do medidor de vazão Coriolis para permitir a medição de vazão de gás de baixa densidade e fluidos bifásicos gás-líquido.
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