Como dimensionar corretamente um medidor de vazão de vapor

Cálculo, exemplos práticos e tabela de dimensionamento gratuita para medidores de vazão de vapor tipo vórtice STLU-G

Guia rápido para dimensionar medidores de vazão de vapor

Para dimensionar corretamente um medidor de vazão de vapor, são necessários quatro parâmetros essenciais: pressão do vapor, temperatura do vapor, diâmetro da tubulação e faixa de vazão (mínima, normal e máxima). É importante saber que o tamanho do medidor nem sempre corresponde ao diâmetro da tubulação. Em aplicações de baixa vazão, o medidor costuma ser dimensionado com um ou dois diâmetros inferiores, garantindo assim que a velocidade do vapor se mantenha dentro da faixa operacional do sensor. No caso do medidor de vazão tipo vórtice STLU-G, essa faixa situa-se entre 2 a 76 m/s, com a faixa estendida chegando a 1,98 m/s. Este artigo detalha os cálculos necessários, apresenta dois exemplos práticos de dimensionamento e finaliza com uma tabela completa de vazão mássica de vapor saturado para a série STLU-G.

Por que dimensionar vapor é diferente de dimensionar água?

A água é fácil de analisar. Sua densidade permanece próxima de 1000 kg/m³ independentemente da pressão. O vapor é o oposto: comprima-o e a densidade aumenta; aqueça-o e ela diminui.

Considere vapor saturado a 0,4 MPa(g). Sua densidade é de aproximadamente 1,39 kg/m³. Aumente a pressão para 1,0 MPa(g) e a densidade sobe para cerca de 2,95 kg/m³. A vazão volumétrica no papel permanece a mesma, mas a vazão mássica real mais que dobra. É nessa armadilha que a maioria dos compradores iniciantes acaba caindo.

Então, quando alguém me diz "Tenho um tubo DN100, preciso de um medidor de vazão tipo vórtice DN100", eu sempre pergunto primeiro qual é a pressão e a vazão. Em nove de cada dez casos, o diâmetro informado do tubo está incorreto.

Os quatro números que você precisa recolher

Antes de pegar numa calculadora, tenha isto em conta:

Não tem dados de vazão? Use a capacidade nominal da caldeira como referência. Considere 80% da capacidade nominal para vazão normal e 110% para vazão máxima. Não é o ideal, mas serve como ponto de partida confiável.

O Cálculo Passo a Passo

Passo 1: Determine a densidade.

Vapor saturado: a densidade depende exclusivamente da pressão. Consulte a tabela de vapor saturado para os valores correspondentes.

Vapor superaquecido: é necessário conhecer tanto a pressão quanto a temperatura. Consulte uma tabela de vapor superaquecido ou utilize a fórmula IAPWS-IF97.

Clique aqui para consultar informações sobre densidade do vapor saturado e superaquecido: Baixar tabela de densidade do vapor

Etapa 2. Converter a vazão mássica em vazão volumétrica.

Qv = Qm / ρ

onde Qv está em m³/h, Qm está em kg/h e ρ representa a densidade do vapor em kg/m³.

Passo 3. Calcule a velocidade.

v = Qv / (3600 × A)

A representa a área da secção transversal do tubo em m², calculada como A = π × (D/2)², onde D é o diâmetro interno em metros.

Passo 4. Confirme se está dentro da faixa de operação.

Abaixo de 2 m/s com um medidor de vórtice STLU-G? Reduza o diâmetro do medidor ou verifique se a faixa estendida (até 1,98 m/s) atende aos requisitos de precisão da sua aplicação. Acima de 76 m/s? Aumente o diâmetro do medidor ou aceite uma perda de carga mais elevada.

Referência: Faixa de vazão volumétrica da série STLU-G para gás e vapor

Medidor de vazão tipo Vortex da série STLU-G

A tabela a seguir apresenta a faixa de vazão volumétrica do medidor de vazão por vórtice da série STLU-G da silverinstruments.com. Estes valores servirão como referência para os exemplos de dimensionamento apresentados adiante e como base para o gráfico de vazão mássica de vapor saturado ao final deste artigo.

Nota: A faixa "Padrão" cobre velocidades de 2 a 76 m/s com precisão total. Já a faixa "Estendida" abrange velocidades até 1,98 m/s com precisão reduzida. Medidores de inserção estão disponíveis para DN200 e diâmetros superiores.

Exemplo 1. Vapor saturado, tubo DN100

Condições:

• Vapor saturado
• 0,6 MPa(g)
• Tubo DN100, diâmetro interno ≈ 0,1 m
• Vazão normal de 800 kg/h, vazão máxima de 1200 kg/h.

Densidade. A 0,6 MPa(g), ρ ≈ 1,916 kg/m³ (conforme tabela de vapor saturado).

Vazão volumétrica.

Qv (normal) = 800 / 1,916 ≈ 417,6 m³/h

Qv (máx.) = 1200 / 1,916 ≈ 626,3 m³/h

Velocidade.

A = π × (0,05)² = 0,00785 m²

v (normal) = 417,6 / (3600 × 0,00785) ≈ 14,8 m/s

v (máx.) = 626,3 / (3600 × 0,00785) ≈ 22,2 m/s

Ambos os valores se enquadram perfeitamente na faixa padrão do STLU-G, de 2 a 76 m/s. Consulte a tabela de vazão mássica no final deste artigo: a 0,6 MPa(g), um medidor de vazão DN100 STLU-G cobre de 153 kg/h a 3065 kg/h. Tanto a vazão normal de 800 kg/h quanto a vazão máxima de 1200 kg/h estão dentro dessa faixa. Um medidor de vazão tipo vórtice DN100 pode ser instalado diretamente na tubulação, sem necessidade de redutor.

Exemplo 2. Mesma configuração de tubulação, porém com vazão extremamente baixa.

Condições:

• Vapor saturado
• 0,4 MPa(g)
• Tubo DN150, diâmetro interno ≈ 0,15 m
• Vazão normal de 200 kg/h

Densidade. A 0,4 MPa(g), ρ ≈ 1,394 kg/m³.

Vazão volumétrica.

Qv = 200 / 1,394 ≈ 143,5 m³/h

Velocidade num medidor DN150.

A = π × (0,075)² = 0,01767 m²

v = 143,5 / (3600 × 0,01767) ≈ 2,26 m/s

2,26 m/s fica ligeiramente acima do mínimo padrão de 2 m/s do STLU-G. Consultando a tabela de vazão mássica apresentada no final deste artigo, um STLU-G DN150 a 0,4 MPa(g) começa a operar a partir de 265 kg/h. Nossa vazão de 200 kg/h está abaixo do mínimo padrão para DN150. O medidor ainda realizaria a medição, porém apenas dentro da faixa estendida, com precisão reduzida.

A solução. Reduza o diâmetro nominal para DN80.

A (DN80) = π × (0,04)² = 0,005027 m²

v = 143,5 / (3600 × 0,005027) ≈ 7,9 m/s ✓

Um sensor DN80 STLU-G a 0,4 MPa(g) cobre vazões de 77 kg/h a 1533 kg/h, logo, 200 kg/h está confortavelmente dentro da faixa padrão. Instale com reduções de DN150 para DN80, mantenha um trecho reto de 20D a montante e 5D a jusante para garantir leituras estáveis e precisas.

No ano passado, atendemos um cliente — uma cervejaria na Indonésia — com um caso praticamente idêntico. Tinham adquirido um medidor de vórtice DN150 de outro fornecedor e, após observarem leituras zeradas durante duas semanas, entraram em contacto connosco. Enviámos uma unidade DN80 com redutores e a leitura estabilizou em apenas uma hora após o reinício do sistema.

Tabela de dimensionamento gratuita: Faixa de vazão mássica de vapor saturado (kg/h) para STLU-G

A tabela abaixo apresenta a faixa de vazão mássica de vapor saturado (kg/h) que o medidor de vazão tipo vórtice STLU-G consegue medir nas pressões manométricas mais comuns. Os valores foram calculados com base na faixa volumétrica padrão do STLU-G e na densidade do vapor saturado para cada nível de pressão. Use esta referência rápida ao selecionar o equipamento para aplicações na saída da caldeira, no coletor de vapor ou na linha de distribuição.

As caldeiras necessitam de um medidor de vazão para vapor.

Faixa de pressão: 0,1 a 0,8 MPa(g) | Unidade de vazão: kg/h

Faixa de pressão: 0,9 a 1,6 MPa(g) | Unidade de vazão: kg/h

Observações:

1. Todas as pressões são pressões manométricas (MPa(g)). Adicione 0,1013 MPa para obter a pressão absoluta.
2. Os valores de vazão mássica são calculados como: faixa de vazão volumétrica × densidade do vapor saturado na pressão dada.
3. Valores de DN15 a DN40 em baixa pressão correspondem a baixa velocidade do vapor. Para maior precisão, escolha um diâmetro interno (DN) em que sua vazão normal esteja no meio da faixa listada.
4. Para vapor superaquecido ou pressões fora desta tabela, envie-nos suas condições de operação e calcularemos uma faixa personalizada para você.

Cinco erros que vemos todas as semanas

1. Dimensionamento baseado apenas no diâmetro do tubo.Calcule primeiro a velocidade. Um tubo DN100 não precisa automaticamente de um medidor DN100.
2. Dimensionar apenas para a vazão máxima.A maioria das instalações opera com carga entre 50% e 70% na maior parte do tempo. Se a vazão mínima for inferior a 2 m³/s, o medidor ficará ocioso metade do dia. Dimensione para o mínimo necessário.
3. Confundir pressão manométrica com pressão absoluta.As tabelas de vapor saturado funcionam em pressão absoluta. Adicione 0,1013 MPa à leitura do seu manômetro antes de consultar qualquer informação. Esquecer isso é o erro mais comum que encontramos nas especificações dos clientes.
4. Ignorando a recusa.O STLU-G normalmente oferece relações de 8:1 a 20:1, com 30:1 disponível sob encomenda. Se a sua vazão varia de 100 kg/h a 5000 kg/h na mesma linha, nenhum medidor de vórtice único consegue atender a essa variação. A solução é utilizar dois medidores em paralelo ou uma tecnologia diferente.
5. Ignorando a regra do tubo reto.Um medidor com dimensões perfeitas, instalado logo após uma curva, ainda apresentará leituras incorretas. 20D a montante e 5D a jusante é o mínimo para o STLU-G. Menos que isso, o erro aumenta rapidamente.

Precisa de ajuda para escolher o tamanho ideal?

Medidor de vazão por vórtice para vapor

Envie-nos estas quatro informações e receberá um relatório de medições e um orçamento no prazo de 12 horas:

1. Pressão do vapor (MPa ou bar, manométrica ou absoluta, por favor, indique qual)
2. Temperatura do vapor (°C) e saturado ou superaquecido
3. Diâmetro do tubo (DN ou polegada)
4. Faixa de vazão: mínima, normal, máxima (kg/h ou t/h)

Informe também a saída de sinal necessária (4-20 mA, RS485 Modbus, HART ou pulso) e a alimentação (24 VCC ou 220 VCA). Assim, forneceremos o código completo do modelo STLU-G na cotação, pronto para o pedido.