O que é medidor de vazão de turbina?

Sob a condição de que o impulsor seja forçado a girar, sua velocidade é proporcional à velocidade média do fluxo na tubulação. A rotação do impulsor altera periodicamente o valor da resistência magnética do conversor magnetoelétrico. O fluxo magnético na bobina de detecção muda periodicamente, gerando um potencial induzido periódico, ou seja, um sinal de pulso elétrico, que é amplificado pelo amplificador e enviado ao transmissor de fluxo da turbina para exibição.

Como você calcula o fator/coeficiente do medidor de vazão da turbina?

O fator do medidor de vazão da turbina está relacionado à vazão (ou número de Reynolds da tubulação). O fator do medidor de vazão da turbina está relacionado à vazão (ou número de Reynolds da tubulação).
A curva de relação do coeficiente do instrumento é mostrada na figura abaixo. Como pode ser visto na figura, o coeficiente do instrumento de medição de vazão pode ser dividido em duas seções: a seção linear e a seção não linear.

O segmento linear é cerca de dois terços do seu segmento de trabalho, e suas características estão relacionadas ao tamanho da estrutura do sensor de fluxo TUF e à viscosidade do fluido.

As características do fator do instrumento de medição de vazão são muito afetadas pelo atrito do rolamento e pela resistência à viscosidade do fluido quando a vazão é menor que o limite inferior da vazão do sensor,
Como a vazão varia rapidamente, a perda de pressão é aproximadamente quadrática em relação à vazão. Quando a vazão excede o limite superior, tenha cuidado com a cavidade.
As formas das curvas características do TUF com estruturas semelhantes são semelhantes e diferem apenas no nível de erro sistemático.

Curva característica do medidor de vazão de turbina

1) Medidor de vazão de alta precisão: para medição de vazão de líquidos, o medidor de vazão TUF geralmente tem precisão de ±0,25%R~±0,5%R, e o medidor de vazão de turbina de alta precisão pode atingir ±0,15%R; e para medição de vazão de gás, a precisão do medidor de vazão de turbina é geralmente de ±1%R~±1,5%R, e o tipo especial é de ±0,5%R~±1%R. É um medidor de vazão bastante preciso entre todos os medidores de vazão.

2) Boa repetibilidade, com repetibilidade de curto prazo de 0,05% a 0,2%. Devido à sua boa repetibilidade, se o medidor de vazão de turbina for calibrado com frequência ou online, ele pode atingir uma precisão extremamente alta.
3) Medidor de vazão eletrônico de turbina: sinal de frequência de pulso de saída ou saída de 4-20 mA, adequado para medição de quantidade total e conexão com computador, sem desvio de zero e com forte capacidade antiparasitária.
4) Sinais de frequência muito alta (3~4 kHz) podem ser obtidos com forte resolução de sinal.
5) O medidor de vazão de turbina de amplo alcance, diâmetro médio e grande pode atingir 40:1~10:1, diâmetro pequeno é 6:1 ou 5:1.
6) O sensor de fluxo da turbina possui estrutura compacta e leve, fácil instalação e manutenção e grande capacidade de fluxo.
7) O medidor de vazão de turbina é adequado para medição de vazão de alta pressão, não é necessário abrir furos no corpo do instrumento e é fácil fazer um instrumento de medição de vazão de estilo de alta pressão.
8) Existem muitos tipos de sensores de fluxo de turbina especiais, que podem ser projetados em vários sensores especiais de acordo com as necessidades específicas dos usuários, como medidores de fluxo pequenos , medidores de fluxo de alta pressão, medidores de fluxo de turbina com conexão tri-clamp, medidores de fluxo de turbina de alta temperatura, etc.
9) É difícil manter as características de calibração por um longo período, sendo necessária calibração regular. Líquidos não lubrificantes contêm matéria em suspensão. A abrasividade do medidor de vazão pode causar desgaste e travamento dos mancais, o que limita sua faixa de aplicação. O uso de eixos e mancais de metal duro resistentes ao desgaste melhorou a situação. Para armazenamento e transporte comercial e requisitos de medição de alta precisão, é melhor equipar equipamentos de calibração no local, que podem ser calibrados regularmente para manter suas características.
10) O medidor de vazão de turbina líquida geral não é adequado para meios de alta viscosidade (como medição de vazão de mel, betume ou resina). À medida que a viscosidade aumenta, o limite inferior de medição do medidor de vazão aumenta, a faixa diminui e a linearidade se deteriora.
11) As propriedades dos fluidos (densidade, viscosidade) têm grande influência nas características dos instrumentos de medição de vazão. Medidores de vazão de gás são facilmente afetados pela densidade, enquanto medidores de vazão de líquido são sensíveis a mudanças na viscosidade. Como a densidade e a viscosidade estão intimamente relacionadas à temperatura e à pressão, flutuações de temperatura e pressão são inevitáveis no local. Medidas de compensação devem ser tomadas de acordo com o grau de seu impacto na precisão, a fim de manter a alta precisão de medição do medidor de vazão de turbina.
12) O medidor de vazão é fortemente afetado pela distorção da distribuição de velocidade e pelo fluxo rotacional do fluxo de entrada. É necessário um trecho reto mais longo nos lados a montante e a jusante do sensor de vazão TUF. Se o espaço de instalação for limitado, um regulador de vazão (retificador) pode ser instalado para encurtar o comprimento do trecho reto.
13) Não é adequado para medição de vazão de fluxo pulsante e fluxo misto.
14) O requisito de limpeza do meio medido é alto, o que limita seu campo de aplicação. Como todos sabemos, os medidores de vazão de turbina líquida funcionam apenas com líquidos limpos e de baixa viscosidade. Embora filtros possam ser instalados para se adaptar a meios sujos, isso também traz efeitos colaterais, como maior perda de pressão e maior necessidade de manutenção.

Tipos de medidores de vazão de turbina

1) Medidor de vazão de turbina líquida
a. O medidor de vazão de turbina líquida do tipo normal é adequado para medir o fluxo de volume de líquidos de baixa viscosidade (≤45mPa・s), com um diâmetro nominal de DN4~DN300, um nível de precisão de 0,25~0,5%, temperatura média de -20~+150℃ e uma pressão de 6,3MPa
b. Tipo resistente à corrosão: Adequado para fluidos corrosivos, como ácido sulfúrico diluído, ácido clorídrico diluído, ácido nítrico diluído, etc., geralmente apenas produtos de pequeno diâmetro (DN20~DN50).
c. Tipo de alta temperatura: aplicável a temperaturas de líquidos abaixo de 150°C. A temperatura do líquido medido é limitada pela resistência térmica da bobina de detecção.
d. Medidor de vazão de turbina tipo tri-clamp para fins higiênicos. Pode ser usado para medir água potável, óleo vegetal e leite. O medidor de vazão de turbina, todo em aço inoxidável, possui conexão tri-clover para fácil instalação e limpeza.

e. Medidor de vazão de turbina de alta pressão. O medidor de vazão de turbina pode ser fabricado em alta pressão para suportar pressões como 1000 psi, 2000 psi ou até mais. O medidor de vazão de turbina com conexão tipo wafer pode ser facilmente fabricado em alta pressão.

2) Medidor de vazão de turbina a gás

O medidor de vazão de turbina a gás mede o fluxo de gás limpo, com um diâmetro nominal de DN25 ~ DN400, uma temperatura de fluido de -20 ~ +120℃, uma pressão de 2,5 ~ 10MPa e um nível de precisão de 1% ou 1,5%.

O medidor de vazão de turbina a gás é adequado para gás de petróleo, gás artificial, gás natural e gás liquefeito de petróleo, ar, N2, CO2, etc. Lubrificadores automáticos podem ser usados para lubrificar e proteger rolamentos, evitar a entrada de impurezas em peças móveis e aumentar a vida útil. A maioria das estruturas utiliza dispositivos de exibição local digital, e o transmissor de vazão de turbina também pode ser usado para emitir sinais de pulso de alta resolução ou 4-20 mA ou mesmo com protocolo HART ou MODBUS.

Estrutura do sensor de fluxo da turbina

O sensor TUF consiste em um corpo de medidor, um corpo de guia (defletor), um impulsor, um eixo, um mancal e um detector de sinal
1) Corpo do medidor de vazão tipo turbina: O corpo do medidor é a parte principal do sensor, que suporta a pressão do fluido medido, fixa os componentes de detecção e conecta a tubulação. O corpo do medidor é feito de aço inoxidável não magnético ou liga de alumínio rígido. Para sensores de vazão de grande calibre, uma estrutura em mosaico composta de aço carbono e aço inoxidável também pode ser usada, e o detector de sinal é instalado na parede externa do corpo do medidor.

2) Corpo guia: O corpo guia é instalado na entrada e na saída do sensor de fluxo. Ele guia e retifica o fluido e suporta o impulsor. Geralmente é feito de aço inoxidável não magnético ou alumínio rígido. A guia traseira do sensor de fluxo da turbina de empuxo reverso também é necessária para gerar empuxo reverso suficiente, e suas formas estruturais são variadas. A guia frontal possui um produto patenteado que pode resistir a interferências severas no fluxo do fluido.
3) A turbina, também conhecida como impulsor, é o elemento de detecção do sensor e é feita de materiais altamente permeáveis magneticamente. Os impulsores incluem lâminas retas, lâminas espirais e lâminas em forma de T. Um anel de blindagem poroso com vários condutores magnéticos incorporados também pode ser usado para aumentar a frequência de um determinado número de lâminas. O impulsor é suportado por um mancal no suporte e é coaxial com o corpo do medidor. O número de suas lâminas depende do tamanho do calibre. A forma geométrica e o tamanho do impulsor têm grande influência no desempenho do sensor. Ele deve ser projetado de acordo com as propriedades do fluido, a faixa de vazão e os requisitos de uso. O equilíbrio dinâmico do impulsor é muito importante e afeta diretamente o desempenho e a vida útil do instrumento de medição de vazão.

4) Eixo e mancais: Suportam a rotação do impulsor e devem possuir rigidez, resistência, dureza, resistência ao desgaste, resistência à corrosão, etc. suficientes. Eles determinam a confiabilidade e a vida útil do sensor de fluxo da turbina. A falha do sensor geralmente é causada pelo eixo e pelos mancais, portanto, sua estrutura, seleção de materiais e manutenção são muito importantes.

5) Detectores de sinal são comumente utilizados na China. São compostos por ímãs permanentes, hastes magnéticas (núcleos de ferro), bobinas, etc. Os ímãs permanentes exercem uma força atrativa sobre as pás, gerando um torque de resistência magnética. Quando a vazão é pequena para sensores de vazão de turbina de pequeno diâmetro, o torque de resistência magnética torna-se o principal item entre os torques de resistência. Por esse motivo, os ímãs permanentes são divididos em duas especificações: grande e pequeno. Sensores de pequeno diâmetro são equipados com especificações pequenas para reduzir o torque de resistência magnética. Sinais de saída com um valor efetivo superior a 10 mV podem ser usados diretamente com computadores de vazão e, quando equipados com amplificadores, podem emitir sinais de frequência em nível de voltagem.

Para líquidos, a água é geralmente usada para calibrar o sensor de vazão da turbina. Quando a precisão é de 0,5, ele pode ser usado para líquidos abaixo de 5 × 10-6 mm²/s sem considerar o efeito da viscosidade. Quando a viscosidade do fluido é superior a 5 × 10-6 mm²/s, ele pode ser calibrado com um fluido de viscosidade equivalente sem fazer correções de viscosidade. Além disso, algumas medidas podem ser tomadas para compensar o efeito da viscosidade, como estreitar a faixa de uso, aumentar o limite inferior da vazão ou multiplicar o coeficiente do instrumento pelo coeficiente de correção do número de Reynolds, etc.

A influência da viscosidade no coeficiente do instrumento está relacionada ao tipo e aos parâmetros da estrutura do sensor, tamanho da abertura, etc. Existem várias maneiras de expressar o efeito da viscosidade no coeficiente do instrumento: a relação entre o coeficiente do instrumento e o número de Reynolds, a relação entre o coeficiente do instrumento e a frequência de saída em diversas viscosidades e a relação entre o coeficiente do instrumento e a razão entre a frequência de saída dividida pela viscosidade cinemática, e assim por diante. Alguns fabricantes de medidores de vazão de turbina possuem essas informações, mas nem todos os fabricantes as possuem.

Na aplicação da indústria de petróleo, o TUF tem sido promovido e utilizado devido a algumas características em comparação com o medidor de vazão volumétrico.

As principais características são leveza, estrutura simples e compacta, grande capacidade de fluxo, fácil manutenção, tolerância a algumas impurezas sem bloquear o canal de fluxo e segurança superior. Já na década de 1960, o Campo Petrolífero do Mar do Norte, no Reino Unido, utilizava o TUF para medição de petróleo bruto, e a japonesa Tokiko também lançou um TUF do tipo Porter de ampla viscosidade para medição de petróleo pesado.

Requisitos para densidade de gás para medidor de vazão de turbina a gás

O medidor de vazão de turbina a gás considera principalmente a influência da densidade do fluido no fator do instrumento. A influência da densidade ocorre principalmente na área de baixo fluxo, como mostrado na figura abaixo. O aumento da densidade (ou seja, aumento da pressão) faz com que a parte reta da curva característica se expanda para a área de fluxo limite inferior, o alcance do sensor é expandido e a linearidade é aprimorada. Se o medidor de vazão de turbina a gás for calibrado em ar à pressão normal, a pressão de trabalho do meio medido será diferente durante o uso, e seu limite inferior de fluxo será calculado pela seguinte fórmula.

Onde qVmin e qVamina são o limite inferior da vazão volumétrica do meio e do ar medidos sob pressão p e pressão pa (101,325 kPa), respectivamente, m³/h;
P. Pa- pressão de trabalho (pressão absoluta) e pressão atmosférica (101,325 kPa), kPa;
d - Densidade relativa do meio medido, adimensional.

Aplicação para qual medidor de vazão de turbina não é adequado

Fluidos com muitas impurezas, como água de resfriamento circulante, água de rio, esgoto, óleo combustível, etc.; locais com mudanças rápidas no fluxo, como sistema de abastecimento de água de caldeira, sistema de abastecimento de ar com martelo pneumático, etc.; ao medir líquidos, a pressão da tubulação não é alta e o fluxo é grande, a pressão no lado a jusante do instrumento pode estar próxima da pressão de vapor saturado e há risco de cavitação. Por exemplo, a amônia líquida pode fluir livremente do tanque de alto nível, portanto, não é adequado para ser instalado na porta de descarga; perto de máquinas de solda elétrica, motores, relés com contatos, etc., existem locais de interferência eletromagnética grave; o comprimento das seções de tubo reto a montante e a jusante é seriamente insuficiente, como na casa de máquinas de um navio; se o sistema automático de abastecimento de água da caldeira ligar e desligar a bomba com frequência, isso causará impacto no impulsor e danificará rapidamente o sensor; ao selecionar meios corrosivos ou abrasivos, você deve ser cauteloso e entrar em contato com o fabricante para consulta

Custo ao selecionar um medidor de vazão de turbina

Ao escolher o TUF para aplicações de alta precisão, os fatores econômicos devem ser considerados sob vários aspectos. O custo de aquisição do medidor de vazão de turbina é apenas uma parte do custo. As seguintes despesas também devem ser consideradas: o custo dos equipamentos auxiliares para instalação (como eliminadores, filtros, etc.) ou derivações, incluindo válvulas, etc.; o custo da calibração, que deve ser realizada com frequência para manter a alta precisão, e até mesmo um conjunto de equipamentos de calibração online deve ser instalado no local, o que custa uma quantia considerável; o custo da manutenção, que é usada para substituir as peças de desgaste do TUF, necessária para manter o alto desempenho.

Etapas para escolher um medidor de vazão de turbina

1) Confirme que tipo de fluidos você irá medir?
2) Selecione o tipo de medidor de vazão de turbina. Selecione de acordo com as propriedades físicas do fluido. Para gás e líquido, use o medidor de vazão de turbina do tipo gás e o medidor de vazão de turbina do tipo líquido, respectivamente. Eles não podem ser usados indistintamente. Se a viscosidade do líquido exceder 5 mPa•s em condições de trabalho, um tipo de alta viscosidade deve ser selecionado. Para fluidos corrosivos ácidos, use o tipo resistente a ácidos.
Escolha de acordo com as condições ambientais, selecione instrumentos apropriados de acordo com a temperatura e umidade ambiente, etc. Se houver uma atmosfera explosiva ou inflamável ao redor, um sensor à prova de explosão deve ser selecionado.
De acordo com o método de conexão da tubulação, o sensor de fluxo da turbina pode ser instalado horizontalmente ou verticalmente. Quando instalado horizontalmente, os métodos de conexão da tubulação incluem conexão por flange, conexão roscada e conexão por braçadeira. A conexão por flange é usada para tubos de médio calibre, a conexão roscada é usada para medidores de fluxo de turbina de pequeno porte e tubos de alta pressão, e a conexão por braçadeira é adequada apenas para tubos de baixa pressão e pequeno diâmetro.
3) Selecione as especificações. De acordo com as condições de uso no local, como faixa de vazão, diâmetro do tubo, pressão e temperatura do fluido, local de instalação, etc., e os requisitos de desempenho, como precisão, repetibilidade, modo de exibição, etc., consulte o modelo de amostra ou o manual de instruções do fabricante do medidor de vazão de turbina para selecionar especificações e modelos específicos. Você pode entrar em contato com a Silver Automation Instruments para obter as especificações do medidor de vazão de turbina. Também é possível que nenhum medidor de vazão adequado seja encontrado e outros medidores de vazão precisem ser selecionados.

Como existem muitos tipos e especificações de TUF, especialmente as diferenças na qualidade do produto entre os diferentes fabricantes de medidores de vazão de turbina, é necessário coletar o máximo de informações possível sobre os fabricantes e os padrões relevantes, conduzir investigações e comparações repetidas antes de tomar uma decisão.

Precauções de instalação

Local de instalação
O sensor de fluxo da turbina deve ser instalado em um local de fácil manutenção e onde a tubulação esteja livre de vibração, forte interferência eletromagnética e radiação térmica. O TUF é sensível à distorção da distribuição da velocidade do fluxo e ao fluxo rotacional na tubulação. O fluxo que entra no sensor deve ser totalmente desenvolvido. Portanto, é necessário equipar a seção de tubo reto necessária ou regulador de fluxo de acordo com o tipo de bloqueador de fluxo a montante do sensor 2. Se a situação do bloqueador de fluxo a montante não for clara, geralmente é recomendado que o comprimento da seção de tubo reto a montante não seja inferior a 20D e o comprimento da seção de tubo reto a jusante não seja inferior a 5D. Se o espaço de instalação não atender aos requisitos acima, um regulador de fluxo pode ser instalado entre o bloqueador de fluxo e o sensor. Durante a instalação, devem ser tomadas medidas para evitar luz solar direta e chuva.
Direção do fluxo
Todos os medidores de vazão de turbina SILVER são projetados para medir a vazão em apenas uma direção.
A direção é indicada pela seta no corpo.
Comprimentos necessários de trechos retos para medidor de vazão de turbina
Dispositivos de alteração de vazão, como cotovelos, válvulas e redutores, podem afetar a precisão. Veja o diagrama abaixo para uma instalação típica de um sistema de medidor de vazão.

As diretrizes recomendadas visam aumentar a precisão e maximizar o desempenho. As distâncias indicadas aqui são requisitos mínimos; dobre-as para comprimentos de tubo retos desejados.
A montante: permita um comprimento mínimo de tubo reto de pelo menos 10 vezes o diâmetro interno do tubo. Por exemplo, com o tubo de 50 mm, deve haver 500 mm de tubo reto imediatamente a montante. O comprimento desejado do tubo reto a montante é de 1000 mm.
A jusante: permita um comprimento mínimo de tubo reto de pelo menos 5 vezes o diâmetro interno do tubo. Por exemplo, com o tubo de 50 mm, deve haver 250 mm de tubo reto imediatamente a montante. O comprimento desejado do tubo reto a montante é de 500 mm.
Veja o diagrama abaixo para saber o comprimento necessário do tubo reto quando houver um dispositivo de alteração.

Normas e procedimentos de verificação

Como um dos principais medidores de vazão para liquidação comercial na medição de energia, o medidor de vazão de turbina atribui grande importância à formulação de documentos legais em todo o mundo, pois é uma base importante para regular a relação entre oferta e demanda. A Organização Internacional para Padronização (ISO) promulga as normas internacionais ISO 2715 e ISO 9951, e a Organização Internacional de Metrologia Legal (OIML) promulga as recomendações internacionais R6 e R32.

A ISO 2715 é a especificação para medição de TUF líquido de hidrocarbonetos líquidos. Ela estipula a seleção de medidores de vazão e equipamentos auxiliares, condições de vazão, instalação de dutos e conexões elétricas, bem como desempenho, uso e manutenção de medidores de vazão.

ISO 9951 é o padrão internacional TUF para gás, que especifica a estrutura do instrumento, teste de pressão, características do medidor de vazão, dispositivo de leitura, calibração de campo, perda de pressão, requisitos de instalação de seção de tubo, etc. Em particular, para atender às necessidades de instalação em campo, o medidor de vazão deve ser instalado sem uma longa seção de tubo reto sob perturbação severa de fluxo, o que impõe requisitos extremamente altos no desempenho do produto medidor de vazão, o que é relativamente raro entre medidores de vazão.

As recomendações internacionais OIML R6 e R32 para TUF de gás. Do ponto de vista dos instrumentos de medição, além da estrutura geral do medidor de vazão e dos regulamentos de desempenho, elas também estabelecem disposições claras para homologação de tipo, calibração inicial e calibração subsequente.

As normas de países industrializados desenvolvidos, como API 2534, AGA NO7, JIS Z8765, JIS B7501, etc. sobre TUF, são resumos de muitos anos de uso prático. São muito práticas e amplamente reconhecidas internacionalmente.

A China também atribui grande importância à formulação de normas e regulamentos para o TUF. Já na década de 1980, foi promulgada a norma industrial TUF. A norma estipula terminologia, classificação, requisitos técnicos, métodos de ensaio e regras de inspeção, e apresenta no apêndice os requisitos de instalação e a influência das mudanças de temperatura, pressão e viscosidade do fluido nos coeficientes do instrumento. A norma foi revisada em 1999. A China promulgou os regulamentos de verificação no início da década de 1980, que foram revisados diversas vezes. Além disso, o TUF, como medidor padrão do método de medidor padrão de vazão, formulou um regulamento de verificação especial.