Medidores de vazão para linhas de retorno de água, óleo e diesel.

Resposta rápida

Para sistemas de refrigeração de motores e geradores com três linhas de retorno separadas, o tipo correto de medidor de vazão depende do fluido. Utilize um medidor de vazão tipo turbina para a linha de retorno de água (DN80 / 3 polegadas, 225-2250 LPM, densidade 1,0, 0,75 cP) e para a linha de retorno de óleo (DN25 / 1 polegada, 26-266 LPM, densidade 0,88, 20 cP). Utilize um medidor de vazão tipo engrenagem oval para a linha de retorno de diesel (DN15 / meia polegada, 1-200 LPH) onde a viscosidade é moderada e as vazões são baixas. Todos os três suportam saída de 4-20 mA ou 0-10 V em 24 V CC.

Os circuitos de refrigeração do motor e os grupos geradores normalmente utilizam três linhas de retorno de fluido separadas para reservatórios ou trocadores de calor: uma linha de retorno de água (líquido de arrefecimento), uma linha de retorno de óleo lubrificante e uma linha de retorno de combustível diesel. Cada uma possui diâmetro de tubulação, faixa de vazão, viscosidade e densidade diferentes. A escolha incorreta do tipo de medidor em qualquer uma dessas três linhas é uma causa comum de problemas de instrumentação no local.

Este guia aborda como selecionar medidores de vazão para cada linha de retorno, quais especificações confirmar antes de fazer o pedido e por que os medidores de turbina funcionam com água e óleo, mas os medidores de engrenagem oval são a escolha certa para diesel de baixa vazão.

Entendendo as três linhas de retorno

A linha de retorno de água transporta a água de resfriamento do trocador de calor ou radiador de volta para o reservatório ou torre de resfriamento. As vazões são altas e a viscosidade é baixa, tipicamente em torno de 0,75 cP na temperatura de operação. Um tubo de 3 polegadas (DN80) transportando de 225 a 2250 LPM é uma boa opção para um medidor de turbina: a faixa de velocidade é ampla o suficiente para fornecer um sinal sólido e a água é limpa o suficiente para que os rolamentos da turbina tenham longa vida útil.

A linha de retorno de óleo é diferente. O óleo lubrificante a 20 cP é aproximadamente 20 a 25 vezes mais viscoso que a água. Isso afeta a seleção do medidor e a faixa de vazão válida especificamente para medidores de turbina. Um tubo de 1 polegada (DN25) com vazão de 26 a 266 LPM ainda está dentro da faixa de viscosidade de trabalho do medidor de turbina, mas somente se a vazão mínima não for muito baixa.

O retorno de diesel é o mais exigente dos três. As vazões em uma linha de retorno de diesel, provenientes de um injetor ou circuito de alimentação de combustível, são frequentemente muito menores do que se imagina: de 1 a 200 L/h é uma vazão muito pequena, e 1 L/h em um tubo de meia polegada corresponde a uma velocidade extremamente baixa. Medidores de turbina não giram de forma confiável nessa velocidade. Medidores de engrenagem oval, sim.

Medidor de vazão tipo turbina para linha de retorno de água (3 polegadas / DN80)

A velocidade na vazão mínima (225 LPM em DN80) é de aproximadamente 0,74 m/s. A maioria dos medidores de turbina industriais começa a produzir um sinal confiável acima de 0,3 m/s, portanto, há margem adequada na extremidade inferior. Na vazão máxima (2250 LPM), a velocidade é de cerca de 7,4 m/s, o que está dentro dos limites normais de operação de um medidor de turbina. A relação de redução de vazão aqui é de 10:1, que os medidores de turbina suportam sem problemas.

Sistema SCADA de medidor de vazão

As opções de saída são 4-20mA para entradas analógicas de PLC ou 0-10V para sistemas que preferem sinais de tensão. Ambas as saídas representam a faixa de vazão completa de forma linear. Para um sistema de refrigeração onde se deseja visualizar a vazão exata em um display SCADA ou acionar um alarme em caso de baixa vazão, a saída de 4-20mA é a escolha mais comum, pois é menos suscetível à queda de tensão em longas distâncias de cabo.

Uma observação importante sobre a instalação: os medidores de turbina requerem um trecho reto a montante equivalente a 10 diâmetros de tubulação e um trecho a jusante equivalente a 5 diâmetros para manter o perfil de velocidade simétrico. Em instalações com espaço limitado, próximas à descarga de uma bomba ou válvula, este é o primeiro aspecto a ser verificado antes de especificar um medidor de turbina com flange.

Medidor de vazão tipo turbina para linha de retorno de óleo (1 polegada / DN25)

A partir de 20 cP, os engenheiros começam a questionar se um medidor de turbina ainda é a escolha certa. A resposta é sim, desde que a velocidade mínima do fluxo permaneça acima do limite de partida corrigido pela viscosidade. A partir de 20 cP, o desempenho em baixas vazões de um medidor de turbina se deteriora em comparação com o serviço de água: o atrito do mancal do rotor é maior, portanto, ele precisa de uma velocidade do fluido mais alta para começar a girar de forma consistente.

Para um tubo de 1 polegada (DN25) com vazão mínima de 26 LPM, a velocidade na vazão mínima é de aproximadamente 0,92 m/s. Isso está acima do limite de partida prático para um medidor de turbina industrial bem projetado a 20 cP. O máximo a 266 LPM resulta em cerca de 9,4 m/s. A faixa de redução é novamente de aproximadamente 10:1.

A temperatura do processo é mais importante aqui do que na linha d'água. O óleo lubrificante em um circuito de motor pode atingir de 80 a 100 °C. O material do corpo do medidor de turbina e o material do mancal do rotor precisam ser compatíveis. Corpos de aço carbono ou aço inoxidável com mancais de carboneto de tungstênio ou cerâmica são padrão para serviço com óleo lubrificante. Especificar o material errado para os mancais é uma causa comum de falha prematura em medidores de turbina a óleo em aplicações de salas de geradores.

Se o óleo contiver contaminação por partículas (detritos metálicos de desgaste, depósitos de carbono), é recomendável o uso de um filtro grosso a montante do medidor da turbina. Os mancais do rotor da turbina não são projetados para lidar continuamente com partículas abrasivas finas.

Por que a linha de retorno de diesel precisa de um medidor de engrenagem oval?

Eis o ponto em que a maioria dos engenheiros erra ao especificar um sistema de três linhas pela primeira vez. O fluxo de retorno de diesel de 1 a 200 LPH em um tubo de meia polegada (DN15) parece semelhante aos outros dois fluxos no papel. Mas não é.

Um litro por hora (LPH) em um tubo DN15 corresponde a uma velocidade de aproximadamente 0,0016 m/s. Isso está muito abaixo da velocidade mínima de partida para qualquer medidor de turbina. Um rotor de turbina não girará a essa velocidade, independentemente da qualidade de sua fabricação. Os medidores de engrenagem oval funcionam com um princípio completamente diferente: dois rotores ovais se encaixam dentro de uma câmara usinada com precisão. Cada rotação do par de rotores desloca um volume fixo de fluido. O medidor conta as rotações mecanicamente, sem limite mínimo de velocidade. Ele funciona com precisão a partir de 1 LPH até vazões ainda menores, dependendo do modelo.

A faixa de redução de 200:1 em um medidor de engrenagem oval cobre toda a faixa de 1 a 200 LPH com precisão consistente. É por isso que os medidores de engrenagem oval são o padrão para monitoramento do consumo de diesel em grupos geradores em data centers, hospitais e plantas industriais no Sudeste Asiático e no Oriente Médio.

Um problema prático com medidores de engrenagem oval em linhas de retorno de diesel: o diesel pode conter bolhas de ar no circuito de retorno, especialmente se a contrapressão do injetor for baixa. O ar em um medidor de deslocamento positivo pode causar leituras excessivas. A instalação de um pequeno eliminador de ar a montante do medidor remove essa fonte de erro. A maioria dos clientes não faz isso na primeira instalação e depois retorna o contato após observar leituras inesperadamente altas. Vemos isso com frequência em projetos de linhas de retorno de diesel.

Comparação:

Turbina versus engrenagem oval para aplicações em linhas de retorno

Saída de sinal: 4-20mA vs 0-10V

Nesta aplicação, tanto os medidores de turbina quanto os de engrenagem oval estão disponíveis com saída analógica de 4-20mA ou 0-10V. A escolha depende da extremidade receptora.

4-20mA é o padrão para entradas analógicas de PLCs e DCS industriais. O zero na fase (4mA = fluxo zero) significa que um fio rompido apresenta uma leitura abaixo de 4mA, o que aciona um alarme de falha em vez de indicar fluxo zero. Cabos com até várias centenas de metros de comprimento são viáveis ​​sem erros de queda de tensão. A maioria dos engenheiros em aplicações de monitoramento de geradores e energia utiliza 4-20mA por esse motivo.

A saída de 0-10V é adequada para cabos mais curtos e para algumas placas de entrada SCADA que preferem sinais de tensão. A integridade do sinal se degrada em cabos longos devido à resistência, portanto, mantenha os cabos de 0-10V com menos de 30 metros sempre que possível. Se o painel de controle estiver na mesma sala que os medidores, a saída de 0-10V funciona bem.

Alguns modelos suportam ambas as saídas simultaneamente ou permitem alternar entre elas através de uma chave DIP ou menu de configuração. Confirme isso no momento do pedido se o cliente desejar flexibilidade futura.

Resumo da instalação para sistemas de três linhas

Linha de retorno de água (turbina de 3 polegadas)

Instale na horizontal com o eixo do rotor na horizontal. Deixe um trecho reto de 10 x DN a montante e 5 x DN a jusante. Evite instalar a jusante de uma válvula de controle de fluxo parcialmente aberta. Instale uma válvula de isolamento a montante e a jusante para facilitar a manutenção. Conecte o sinal de 4-20 mA à entrada analógica do CLP; 4 mA = 0 LPM, 20 mA = LPM máximo conforme configurado.

Linha de retorno de óleo (turbina de 1 polegada)

Os requisitos para tubulação reta são os mesmos do medidor de água. Instale um filtro Y a montante, dimensionado para o diâmetro da tubulação e a pressão de operação. Confirme se o material do rolamento é compatível com o óleo lubrificante na temperatura máxima do processo. Se a linha de retorno operar a temperaturas próximas de 80 a 100 °C, especifique um medidor com opção de eletrônica para alta temperatura ou com caixa de transmissor remoto.

Linha de retorno de diesel (engrenagem oval de meia polegada)

Instale em qualquer orientação. Instale um filtro fino (100 mícrons ou mais fino) a montante. Considere um eliminador de ar se o circuito de combustível tiver baixa contrapressão ou funcionar de forma intermitente. Confirme os materiais de construção: a maioria dos medidores de engrenagem oval para serviço a diesel utiliza corpo de alumínio com vedações de NBR como padrão, o que é compatível com diesel comum e óleo combustível leve. Para misturas de biodiesel acima de B20, especifique vedações de PTFE ou FKM.

Recomendações de produtos da Silver Instruments

A Silver Automation Instruments fornece medidores de vazão tipo turbina e medidores de vazão tipo engrenagem oval para os três tipos de linha de retorno, disponíveis em estoque. As opções de personalização incluem o padrão de conexão ao processo (flange ANSI/DIN ou rosca NPT/BSP), o material do corpo (alumínio, aço carbono, aço inoxidável 316L) e o material da vedação (NBR, FKM, PTFE).