Medidor de Vazão de Óleo de Alta Viscosidade: Como Selecionar o Medidor Adequado

Para óleos de alta viscosidade, um medidor de engrenagem oval geralmente é a primeira opção. Óleos mais viscosos reduzem o deslizamento entre as engrenagens e a câmara, de modo que a precisão se mantém ou melhora com o aumento da viscosidade. O limite é a capacidade de vazão. A vazão máxima deve ser reduzida em altas viscosidades para manter a queda de pressão e a carga na engrenagem dentro da faixa adequada. Um medidor Coriolis é mais indicado quando o processo requer vazão mássica ou densidade, quando o óleo transporta sólidos que obstruiriam o filtro de um medidor de engrenagem ou quando a temperatura do processo excede a capacidade nominal do medidor de engrenagem. A queda de pressão Coriolis também aumenta com a viscosidade, portanto, dimensione qualquer um dos medidores com base na viscosidade na temperatura de operação, e não na condição de referência.

A tabela abaixo compara os dois tipos de medidores em condições de uso intenso com óleo.

Como decidir entre eles

Geralmente, cinco condições influenciam a seleção: viscosidade na temperatura de operação, faixa de vazão necessária, temperatura do processo, limpeza do óleo e o resultado da medição desejado.

1. Verifique a viscosidade na temperatura de operação em relação ao limite especificado pelo medidor, após converter cSt para mPa·s quando necessário.
2. O medidor deve abranger a vazão máxima necessária na viscosidade real. Se a redução da capacidade de medição resultar em um medidor de engrenagem oval de tamanho maior, compare a queda de pressão e o custo com uma opção de medidor Coriolis.
3. O aquecimento reduz a viscosidade, mas pode elevar a temperatura do processo acima da classificação do medidor. Verifique o limite de temperatura da configuração selecionada.
4. Os medidores de engrenagem oval são normalmente instalados com um filtro a montante. Se o óleo transportar sólidos grandes ou frequentes que possam obstruir o filtro ou desgastar as engrenagens, vale a pena considerar um medidor sem partes móveis, embora partículas abrasivas ainda possam corroer os tubos de Coriolis.
5. O medidor Coriolis é indicado quando o processo requer medição direta da vazão mássica ou da densidade. Se a vazão volumétrica for suficiente e o óleo estiver dentro da faixa nominal, um medidor de engrenagem oval geralmente é a opção mais econômica.

A viscosidade do óleo depende da temperatura.

A viscosidade do óleo varia significativamente com a temperatura, portanto, o dimensionamento deve levar em consideração a viscosidade na temperatura real de operação.

Uma consulta sobre um medidor de vazão de petróleo bruto apresentou dois valores para o mesmo óleo: 9.500 cSt a 100 °F e 162 cSt a 210 °F, uma diferença de quase 60 vezes. A linha operava a 30 °C (86 °F), uma temperatura inferior à de ambos os pontos de referência. A extrapolação dos dois valores utilizando o método de viscosidade e temperatura ASTM D341 resulta em aproximadamente 21.000 cSt a 30 °C. Um medidor selecionado com base no valor de 162 cSt teria atendido a uma viscosidade cerca de 130 vezes maior do que a viscosidade para a qual foi dimensionado.

Os dados de óleo geralmente fornecem a viscosidade cinemática em cSt, enquanto as especificações do medidor usam a viscosidade dinâmica em mPa·s. Multiplique o valor em cSt pela densidade em g/cm³ para converter, usando valores na mesma temperatura. Por exemplo, 380 cSt a 50 °C com uma densidade de 0,96 g/cm³ corresponde a cerca de 365 mPa·s. A conversão é especialmente importante perto do limite de viscosidade do medidor.

Como a viscosidade altera o dimensionamento de engrenagens ovais

Um medidor de engrenagem oval mede o volume retendo uma quantidade fixa de líquido entre as engrenagens e a câmara. À medida que a viscosidade aumenta, o vazamento através das folgas das engrenagens diminui. Ao mesmo tempo, a queda de pressão aumenta, reduzindo a capacidade de vazão disponível para uma determinada pressão do processo.

Os dados de LC abaixo mostram como a vazão nominal varia com a viscosidade. As faixas de vazão são para a classe de 0,5%; a classe de 0,2% tem uma vazão mínima maior.

Medidor de engrenagem oval para óleo de alta viscosidade

A série LC abrange diâmetros nominais de DN10 a DN200 e viscosidades de até 2.000 mPa·s. Os serviços típicos para um medidor de engrenagem oval incluem óleo combustível marítimo , óleo lubrificante pesado, óleo para engrenagens e óleo para processos de borracha.

A partir de 200 mPa·s, o LC é construído em sua configuração de alta viscosidade , portanto, a viscosidade operacional deve ser informada na fase de consulta.

Em óleos viscosos, um medidor maior reduz a queda de pressão, mas também aumenta a vazão mínima. O tamanho selecionado deve abranger tanto a vazão mínima quanto a máxima na viscosidade de operação.

O erro do medidor varia com a viscosidade do fluido. Os medidores LC acima de DN50 possuem um ajustador de precisão, permitindo compensar o erro de acordo com a viscosidade do óleo.

Partículas sólidas podem obstruir ou desgastar as engrenagens, por isso um filtro a montante é comum em oleodutos e gasodutos.

Baixo fluxo com óleo de alta viscosidade

A dosagem de lubrificantes, a injeção de aditivos e a alimentação de graxa frequentemente combinam alta viscosidade com vazões de apenas alguns mililitros por minuto. Engrenagens ovais convencionais não atingem essa faixa. Na faixa de 1.000 a 2.000 mPa·s, o menor tamanho de LC, LC-10, começa em 0,03 m³/h, ou cerca de 500 ml/min.

A série LC-M é um medidor de vazão micro PD projetado para essa faixa de medição. Ela abrange viscosidades de até 2.000 mPa·s, e o menor modelo, LC-M2, mede de 0,5 a 150 ml/min. Os modelos maiores chegam a 100 L/min, portanto, a série abrange os tamanhos convencionais de LC. A precisão é de ±0,5% da escala completa, o que significa que o erro é um valor fixo, e não uma porcentagem da leitura. No LC-M2, esse valor é de ±0,75 ml/min, ou ±15% da leitura com uma taxa de dosagem de 5 ml/min. Selecione o modelo de forma que a vazão normal esteja na parte superior da sua faixa de medição.

Quando o medidor de vazão Coriolis se torna mais adequado

Um medidor de vazão Coriolis mede a vazão mássica diretamente e também pode fornecer medições de densidade. Sem partes móveis no percurso do fluxo, ele pode ser considerado uma opção viável quando óleos de alta viscosidade exigem medição de vazão mássica ou quando a queda de pressão limita o uso de outros tipos de medidores.

Com óleo viscoso, a queda de pressão nos tubos de medição pode limitar a faixa de vazão útil. O tamanho do medidor deve ser baseado na viscosidade real do óleo, na vazão necessária e na queda de pressão admissível.

A análise detalhada acima demonstra como isso funciona na prática:

• Viscosidade do óleo: 9.500 cSt a 100 °F e 162 cSt a 210 °F
• Condições de operação: 30 °C, 12 bar, conexão tri-clamp de 2 polegadas
• Viscosidade estimada a 30 °C: cerca de 21.000 cSt

Medidor selecionado: SH-CMF DN50 Coriolis, aço inoxidável 316L, precisão de 0,2%, certificação ATEX, faixa de temperatura de -50 a 150 °C.

Com uma pressão de aproximadamente 20.000 mPa·s, o óleo está dez vezes acima do limite da engrenagem oval LC, portanto, o método Coriolis era a única opção viável entre as duas. O cliente analisou a seleção do DN50 com suas equipes de engenharia e produção antes de efetuar a compra.

Um metro para diesel e óleo combustível pesado

O diesel opera a cerca de 5 mPa·s. O óleo combustível pesado geralmente opera acima de 200 mPa·s em sua temperatura de operação, e a diferença aumenta à medida que o óleo esfria. O medidor LC é fornecido em sua versão padrão para diesel e com a opção de alta viscosidade (código N) para óleo combustível pesado, e o erro do medidor também varia com a viscosidade. Por esse motivo, um único medidor de engrenagem oval normalmente não é usado para ambos os combustíveis. Os sistemas de abastecimento de combustível marítimo geralmente especificam medidores separados ou usam um medidor Coriolis quando ambos os combustíveis precisam compartilhar uma mesma linha.

O óleo combustível pesado também sofre alterações na mesma tubulação conforme a temperatura varia. Considere uma tubulação DN20 transportando combustível com densidade de 380 cSt a 50 °C, com uma vazão máxima requerida de 2,2 m³/h:

A 50 °C: cerca de 365 mPa·s, na faixa de 200 a 1.000 mPa·s. Máximo de LC-20: 2,1 m³/h.

A 30 °C: estimado entre 1.300 e 1.900 mPa·s, na faixa de 1.000 a 2.000 mPa·s. Vazão máxima de LC-20: 1,5 m³/h; vazão máxima de LC-25: 3 m³/h.

O LC-20 apresenta desempenho inferior em ambas as temperaturas. O LC-25 cobre 2,2 m³/h em toda a faixa de temperatura. Dimensionar o medidor deve ser feito na temperatura mais baixa do combustível, onde a viscosidade é maior e o limite de vazão é menor.

Limites de temperatura para óleo pesado quente

O aquecimento reduz a viscosidade do óleo e melhora a capacidade de bombeamento, mas o medidor também deve suportar a temperatura resultante do processo.

O óleo combustível pesado demonstra como isso afeta a seleção. Consultas típicas incluem tubulações de 4 polegadas com capacidade de 100 a 160 t/h, com o óleo a 150 °C em algumas tubulações e a 240 °C em outras.

A 150 °C, o óleo combustível pesado geralmente apresenta viscosidade inferior a 200 mPa·s, portanto, a bomba de baixa pressão opera em sua faixa de viscosidade padrão. Com uma densidade de aproximadamente 0,90 g/cm³, uma vazão de 100 t/h corresponde a cerca de 111 m³/h e a de 160 t/h, a cerca de 178 m³/h. Isso excede o limite de 100 m³/h da bomba de baixa pressão DN100, mas a bomba de baixa pressão DN150, com um radiador longo, atende tanto à vazão quanto à temperatura.

A 240 °C, o LC está fora de sua faixa de temperatura, sendo necessário um medidor Coriolis na versão de 250 °C ou 350 °C. O DN100 SH-CMF tem capacidade para 160 t/h, portanto, a vazão superior está em escala máxima; o DN125 tem capacidade para 230 t/h. O dimensionamento final depende da viscosidade do óleo e da perda de carga admissível.

Nos casos em que ambas as temperaturas da linha precisam do mesmo tipo de medidor, a Coriolis oferece soluções completas com um único design.

Para asfalto e betume , o controle de temperatura é importante por um motivo diferente: o produto pode solidificar à medida que a linha esfria. O modelo LC está disponível com uma camisa de aquecimento (código U) para manter o produto fluido durante a parada e a reinicialização.