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Medidor de vazão Coriolis para CO2 líquido: guia de seleção e exemplos de aplicação
Para medição de CO2 líquido, um medidor de vazão mássica Coriolis é a opção mais confiável em geral. criogênico (-78 °C), pressurizado e em condições supercríticas. Mede diretamente a vazão mássica real, não requer correção de densidade ou temperatura e lida com a sensibilidade de fase do CO2 melhor do que qualquer tecnologia volumétrica. O material em contato com o fluido recomendado é o aço inoxidável 316L; os diâmetros das tubulações variam de DN6 a DN50, dependendo da faixa de vazão.
O CO2 comporta-se de forma diferente da maioria dos líquidos industriais. À pressão atmosférica, sublima diretamente do estado sólido para o gasoso a -78,5 °C. Para o manter líquido, é necessário atingir temperaturas criogénicas (abaixo de -56,6 °C no ponto triplo) ou pressões elevadas acima de 5,18 bar. Muitas aplicações industriais utilizam ambos: CO2 líquido a alta pressão e à temperatura ambiente para carbonatação e combate a incêndios, ou CO2 líquido criogénico a baixa pressão para investigação e congelamento de alimentos.
Essa natureza de dupla condição cria problemas para os medidores de vazão convencionais. Um medidor dimensionado para CO2 em alta pressão e temperatura ambiente não suportará serviço criogênico. Um medidor de vazão mássica térmica projetado para gás CO2 O medidor falhará imediatamente ao entrar em contato com o líquido. Mesmo entre os medidores que suportam temperatura e pressão, a maioria mede volume, e a densidade do CO2 líquido varia significativamente com a temperatura e a pressão. Sem correção de densidade em tempo real, uma leitura volumétrica pode apresentar erros de 5% ou mais.
Os medidores de vazão de turbina medem volume. Eles precisam de compensação de densidade para obter a massa, e a lubrificação dos mancais se degrada rapidamente abaixo de -20 °C. Em serviço com CO2 líquido criogênico, a vida útil dos mancais é curta e os intervalos de manutenção são inconvenientemente frequentes para ambientes de produção.
Medidores de deslocamento positivo com engrenagens ovais funcionam bem para fluidos viscosos, mas a viscosidade do CO2 líquido é de cerca de 0,10 a 0,12 cP. Isso é muito baixo para manter a vedação entre a engrenagem e a carcaça. O vazamento interno pelas engrenagens aumenta com baixa viscosidade e, consequentemente, o erro de medição também aumenta. O risco de evaporação instantânea na saída do medidor também é real se a contrapressão não for controlada.
Os medidores de vazão por vórtice necessitam de um número de Reynolds mínimo para gerar vórtices estáveis. Em baixas vazões através de tubulações de pequeno diâmetro, esse mínimo nem sempre é atingido, e a precisão em baixas vazões de um medidor de vórtice em aplicações com CO2 líquido é pouco confiável. Eles também medem volume.
Os medidores de vazão ultrassônicos podem funcionar com CO2 líquido de alta pressão em tubulações de grande diâmetro (DN50 e acima), desde que os requisitos de trecho reto sejam atendidos. Para aplicações criogênicas de pequeno diâmetro, o uso de ultrassônicos de fixação externa é inviável devido à camada de isolamento, e o uso de ultrassônicos em linha em temperaturas criogênicas requer materiais especiais para o transdutor, o que aumenta significativamente o custo.
O princípio de Coriolis mede o fluxo de massa diretamente através da força inercial em um tubo vibratório. Ele não depende de suposições sobre a velocidade, viscosidade ou densidade do fluido. Essa independência é exatamente o que o torna adequado para o CO2 líquido, onde a densidade e a viscosidade variam com a temperatura e a pressão de maneiras que tornam os medidores volumétricos inviáveis.
Um medidor Coriolis para CO2 líquido utiliza tubos de aço inoxidável 316L ou Hastelloy C-22 com classificação de até -200 °C e pressões de trabalho de até 100 bar, dependendo do modelo. A precisão é tipicamente de 0,2% da leitura para vazão mássica e 0,5% para densidade. A repetibilidade é de 0,1%. O medidor também fornece a densidade do fluido em tempo real, o que é útil para detectar eventos de mudança de fase no ponto de medição.
As saídas padrão são de 4-20 mA para vazão mássica e densidade analógicas, saída de pulso para totalização de lotes e RS-485 Modbus RTU para integração com PLC ou SCADA. O protocolo HART está disponível na maioria dos modelos. Para aplicações com CO2 na indústria de alimentos e bebidas, estão disponíveis conexões de processo tri-clamp e certificação de materiais.
Escolha o tamanho correto para o CO2 líquido.
medidores de Coriolis O dimensionamento dos medidores é baseado na vazão mássica, não no diâmetro da tubulação. O dimensionamento da conexão da tubulação é determinado pela faixa de vazão necessária e pela perda de carga aceitável. Um erro comum é especificar o tamanho do medidor para corresponder ao diâmetro da tubulação existente, em vez de para corresponder à faixa de vazão. Um medidor Coriolis superdimensionado perde precisão em baixas vazões; um subdimensionado cria uma perda de carga excessiva que pode causar evaporação instantânea.
Para aplicações criogênicas, selecione um modelo com opção de eletrônica para baixas temperaturas. O invólucro do transmissor deve ser adequado à faixa de temperatura ambiente se estiver localizado próximo à seção fria da linha.
A carbonatação de alimentos e bebidas utiliza CO2 líquido sob alta pressão e temperatura próxima à ambiente, tipicamente entre 20 e 25 bar. Precisão e higiene são os principais requisitos. Medidores Coriolis de DN15 a DN25 com conexões tri-clamp são padrão nesse setor.
Os sistemas de supressão de incêndio armazenam CO2 sob alta pressão (em torno de 55 a 60 bar à temperatura ambiente) e o liberam rapidamente. Os medidores de vazão nesses sistemas devem lidar com transientes rápidos. Medidores Coriolis com resposta de alta frequência e saída de totalização de lotes são usados para verificação do enchimento de cilindros.
Supercrítico A extração com CO2 (CO2 acima de 31,1 °C e 73,8 bar) é utilizada na descafeinação do café, na extração do lúpulo e no processamento farmacêutico. Medidores Coriolis com classificação de até 200 bar e componentes internos em Hastelloy são utilizados nesse serviço.
A pesquisa criogênica e os processos em escala laboratorial utilizam CO2 líquido a -78 °C diretamente de gelo seco ou tanques de armazenamento criogênico. Essa é a condição mais exigente para um medidor de vazão. Medidores Coriolis de pequeno diâmetro, de DN6 a DN15, com tubo de material adequado para condições criogênicas, são a escolha correta.
Uma empresa de pesquisa em tecnologia da construção no Sudeste Asiático entrou em contato conosco recentemente. Eles realizam experimentos de cura de concreto em escala laboratorial usando dosagem de CO2 líquido e precisavam saber exatamente quanta massa de CO2 entrava em cada lote de teste. A configuração deles: tubo de 1/2 polegada, pressão de operação abaixo de 100 psi (6,9 bar), faixa de vazão de 5 a 80 L/min a partir de um pequeno tanque criogênico em um armazém a 28 °C.
O CO2 sai do tanque a aproximadamente -78 °C. Isso descarta medidores de turbina, engrenagem oval e térmicos pelos motivos descritos acima. A faixa de medição de 16:1 (5 a 80 L/min) descarta a formação de vórtices na faixa inferior. Um medidor Coriolis DN15 SS316L cobre toda a faixa com precisão de 0,2% e envia os dados em kg/h diretamente para o registrador de dados via Modbus RTU. Não há necessidade de correção de densidade no software.
Recomendamos verificar se a pressão de entrada permanece acima da pressão de saturação de CO2 durante todo o experimento para evitar a evaporação instantânea na entrada do medidor. A -78 °C, o CO2 líquido já está próximo da saturação à pressão atmosférica, portanto, o controle da contrapressão na saída do medidor é importante para leituras estáveis.
O aço inoxidável 316L é padrão na maioria dos casos. líquido criogênico Aplicações com CO2 até -196 °C. Para aplicações agressivas ou de alta pureza, o Hastelloy C-22 oferece melhor resistência à corrosão. São necessárias vedações de PTFE; as vedações padrão de Buna-N ou EPDM falham em temperaturas criogênicas.
Sim. A leitura de densidade em tempo real do medidor cairá drasticamente se o CO2 evaporar instantaneamente para o estado gasoso dentro do tubo. Algumas configurações de CLP utilizam o sinal de densidade para disparar um alarme ou pausar a totalização quando a densidade cai abaixo de um limite predefinido, o que é útil para uma contabilização precisa do lote.
Os modelos padrão DN15 são classificados para 100 bar. Versões de alta pressão para extração de CO2 supercrítico estão disponíveis para 200 bar e 400 bar. Especifique sua pressão máxima de trabalho admissível (PMTA) ao solicitar um orçamento.
O CO2 não é inflamável, portanto, a certificação ATEX não é necessária para o medidor em um ambiente onde se utiliza apenas CO2. Se o medidor for instalado em uma área classificada para outros fluidos inflamáveis nas proximidades, verifique o desenho de classificação da área. A proteção IP67 padrão é suficiente para a maioria das instalações industriais e de laboratório.
Padrão: 4-20 mA (fluxo de massa), 4-20 mA (densidade), saída de pulso (totalização), RS-485 Modbus RTU. Opcional: protocolo HART, PROFIBUS DP. Para aquisição de dados em laboratório, o Modbus RTU sobre RS-485 é geralmente o mais simples de implementar com um adaptador USB-RS485 e um software de registro padrão.
Envie os seguintes parâmetros para obter uma recomendação de modelo no mesmo dia:
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