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Quatro medidores de vazão, quatro fluidos: como instrumentamos um circuito de refrigeração com amônia Indústria : Refrigeração Industrial / HVAC | Fluidos : Amônia Anidra, Solução de Amônia, Água Desmineralizada, Água Gelada | Etiquetas: FT-01 a FT-04
Medidores de vazão para sistemas de refrigeração com amônia e água gelada
Resposta rápidaUm cliente nos procurou com quatro sensores de medição de vazão em um sistema de refrigeração e água gelada com amônia. Os fluidos eram amônia anidra (FT-01), água desmineralizada (FT-02), solução de amônia a 25% (FT-03) e água gelada (FT-04). Dois sensores precisavam de medidores Coriolis — não por serem especificados por padrão, mas porque a medição de vazão mássica com totalização era uma exigência real do processo. Os outros dois receberam medidores de vórtice. Todos os quatro sensores fornecem saída de 4-20 mA para o CLP, com partes em contato com o fluido em aço inoxidável AISI 316L, flanges ANSI e classificação IP55. |
A amônia é utilizada como refrigerante há mais de 150 anos. O R717 ainda supera a maioria das alternativas sintéticas em termos de eficiência termodinâmica, razão pela qual é utilizado em grandes câmaras frigoríficas, fábricas de processamento de alimentos e sistemas de refrigeração por absorção. A desvantagem reside na complexidade de manuseio. A amônia é tóxica em concentrações acima de aproximadamente 25 ppm no ar, ataca o cobre e suas ligas em contato e exige o uso de aço inoxidável 316L em todos os componentes que entram em contato com o fluido. A maioria dos engenheiros que especificam sistemas de amônia está ciente disso. O que às vezes eles negligenciam é a instrumentação.
Este sistema específico opera um ciclo de refrigeração por absorção. A amônia anidra é o principal fluido de trabalho. Uma solução de 25% de amônia em água circula no lado da distribuição. Água desmineralizada alimenta o estágio de mistura. Água gelada é direcionada para a carga. Quatro pontos de medição de vazão foram necessários, e a equipe de engenharia precisava de uma solução diferente para cada um — fluido diferente, classificação de pressão diferente, requisito de precisão diferente, motivo diferente para escolher um tipo de medidor em vez de outro.
O sistema é controlado por um CLP (Controlador Lógico Programável). Todos os quatro transmissores de vazão emitem sinais de 4 a 20 mA diretamente para o painel do CLP. A alimentação elétrica é de 220 V CA. A classificação da área é segura (não perigosa) para todos os quatro locais.
| Marcação | Fluido | Tipo | Tamanho | Faixa de fluxo | Pressão | Temp. | Precisão | Conexão |
| FT-01 | Amônia anidra | Coriolis | 1" | 100–3.000 kg/h | 25 bar | 100°C | ±0,1% | 1" ANSI 300 |
| FT-02 | Água Desmineralizada | Coriolis | 3" | 9.780–24.450 kg/h | 10 bar | 100°C | ±0,1% | 3" ANSI 150 |
| FT-03 | Solução de amônia 25% | Vórtice | 2" | 10–28,3 m³/h | 25 bar | 100°C | ±2,0% | 2" ANSI 300 |
| FT-04 | Água gelada | Vórtice | 4" | 40–240 m³/h | 10 bar | 100°C | ±2,0% | Flange de 4" |
FT-01 — Amônia anidra, Coriolis de 1", 100–3.000 kg/h
Medidor de vazão Coriolis para medição de amônia líquida
Fluido: Amônia anidra pura, fase líquida. Densidade 611 kg/m³ a 20°C, viscosidade 0,14 mPa·s. Pressão de operação 19 bar, pressão de projeto 25 bar.
O método de Coriolis foi a escolha correta neste caso, e não o de vórtice. O fluxo de amônia anidra como refrigerante precisa ser medido em unidades de massa (kg/h), pois o cálculo da carga de refrigeração é baseado em energia. O fluxo volumétrico não é útil sem o conhecimento da densidade nas condições de operação, que varia com a temperatura e a pressão. Um medidor de Coriolis mede o fluxo de massa diretamente, independentemente das mudanças de estado do fluido.
A faixa de vazão é de 100 a 3.000 kg/h em uma linha de 1". Isso representa uma redução de 30:1 — bem dentro da capacidade do método Coriolis. A precisão é de ±0,1% da leitura. A função de totalização está habilitada neste dispositivo, o que significa que o CLP acumula a quantidade de amônia processada (em kg) para fins de contabilização do processo. Os flanges ANSI 300 são compatíveis com a classe de alta pressão da linha.
FT-02 — Água Desmineralizada, Coriolis de 3", 9.780–24.450 kg/h
Fluido: Água desmineralizada a 70°C, densidade 978 kg/m³, viscosidade 0,40 mPa·s. Pressão de operação 4,5 bar. Linha 1003.
A água desmineralizada alimenta o processo de mistura por absorção de amônia. A dosagem precisa da massa é crucial aqui: a proporção amônia/água determina diretamente a concentração da solução de amônia na saída (FT-03). Um erro na taxa de alimentação de água desmineralizada produz uma solução de amônia fora das especificações, o que afeta todo o ciclo de refrigeração subsequente.
Por isso, o medidor Coriolis foi especificado em vez do medidor de vazão eletromagnético, apesar de o DMW ser um líquido eletricamente condutor, para o qual o medidor magnético seria normalmente a opção padrão. O engenheiro de processos necessitava de vazão mássica com totalização, e não volumétrica. O medidor Coriolis com flanges ANSI 150 de 3" fornece essa informação diretamente. Faixa de vazão de 9.780 a 24.450 kg/h com precisão de ±0,1%.
FT-03 — Solução de amônia a 25%, Vortex de 2", 10–28,3 m³/h
Medidor de vazão tipo vórtice em aço inoxidável 316L para solução de amônia
Fluido: Solução aquosa de amônia, 25% de NH3 em peso, 75% de água. Densidade 916 kg/m³ a 10°C, viscosidade 0,76 mPa·s. Pressão de operação 16,45 bar, pressão de projeto 25 bar. Linha 1002.
O FT-03 está localizado a jusante do ponto de mistura. Quando a solução de amônia chega a este circuito, a concentração já foi definida pelo balanço de massa realizado nos FT-01 e FT-02 a montante. Portanto, a vazão volumétrica é tudo o que você precisa aqui — não há necessidade de medir a massa. Optamos por um sistema de vórtice com tubulação ANSI 300 de 2 polegadas, com vazão na faixa de 10 a 28,3 m³/h.
Um ponto a observar: a solução de amônia a 0,76 mPa·s (0,76 cP) apresenta baixa viscosidade. Os medidores de vórtice requerem um número de Reynolds mínimo, tipicamente Re > 10.000, para operação confiável. A 10 m³/h em um tubo de 2", o Re está bem acima desse limite. Não há preocupação com a vazão mínima. A totalização não é necessária neste dispositivo.
FT-04 — Água gelada, Vortex de 4", 40–240 m³/h
Fluido: Água gelada a 8,4°C, densidade 1.000 kg/m³, viscosidade 1,37 mPa·s. Pressão de operação 4 bar. Tubulação flangeada de 4".
O circuito de distribuição de água gelada é o de maior vazão neste sistema, variando de 40 a 240 m³/h. Isso representa uma faixa de redução de 6:1 com precisão de nível industrial. O medidor de vazão Vortex é a opção mais econômica e confiável para água gelada limpa nessas vazões. Não requer função de totalização.
O NBR é listado como o material da tubulação neste circuito — a tubulação do lado da carga utiliza construção padrão com revestimento de borracha em vez de aço inoxidável, em conformidade com a prática de distribuição de água gelada em baixa pressão. O próprio medidor de vazão utiliza AISI 316L para as partes em contato com o fluido, o que está correto independentemente do material da tubulação a jusante.
A maioria dos engenheiros opta por usar um único tipo de medidor em todo o sistema, se possível. É mais simples de estocar, mais simples de manter e mais simples de explicar para o setor de compras. Mas, neste projeto, usar o medidor Coriolis em todas as quatro etiquetas teria sido um exagero nos medidores FT-03 e FT-04, e usar o medidor de vórtice nos medidores FT-01 e FT-02 não atenderia ao requisito de vazão mássica. Portanto, dois medidores Coriolis e dois medidores de vórtice — e uma justificativa clara para cada um.
| Parâmetro | Coriolis (FT-01, FT-02) | Vortex (FT-03, FT-04) |
| Saída de medição | Vazão mássica direta (kg/h) | Vazão volumétrica (m³/h) |
| Precisão | ±0,1% da leitura | ±2,0% da leitura |
| Totalizando | SIM — exigido pela especificação | Sim |
| Limite mínimo de viscosidade | Sem peças móveis, sem limites. | Para líquidos de baixa viscosidade |
| Densidade do fluido | Mede a densidade diretamente | Requer densidade conhecida |
| Aplicação típica | Dosagem precisa, transferência de custódia | Circuitos de utilidade de alto volume |
Em resumo: se o processo precisa saber quantos quilogramas passaram — para dosagem, contabilização de energia ou controle de estoque — use o método de Coriolis. Se você só precisa saber a vazão em um circuito de distribuição onde a densidade é estável e os requisitos de precisão são modestos, o método de vórtice resolve o problema a um custo menor.
A amônia é incompatível com cobre, latão e a maioria das ligas de cobre. Todos os medidores de vazão neste projeto utilizam AISI 316L como material em contato com o fluido. O aço 316L (baixo teor de carbono) foi escolhido em detrimento do 316 para reduzir o risco de corrosão intergranular em juntas soldadas expostas à amônia em altas temperaturas.
Os circuitos de amônia anidra e solução de amônia operam com pressão de projeto de 25 bar — daí o uso de flanges ANSI 300 nos conectores FT-01 e FT-03. Os circuitos de água deionizada e água gelada operam a 10 bar , permitindo o uso de flanges ANSI 150 no conector FT-02 e flanges padrão no conector FT-04.
A temperatura de projeto é de 100 °C para todos os quatro instrumentos. A linha de amônia anidra possui uma especificação de temperatura de projeto dupla de -50 °C / 100 °C, refletindo a condição criogênica possível durante a parada da planta ou a ventilação de emergência. Os medidores Coriolis especificados abrangem essa faixa sem problemas de material ou vedação.
Se você tiver uma necessidade semelhante de instrumentação multifluida — amônia, refrigerantes, água de processo ou soluções químicas — envie-nos as seguintes informações e recomendaremos o tipo e o tamanho corretos do medidor em até 24 horas:
Contate a Silver Automation Instruments: inquiry@silverinstruments.com | WhatsApp +86-18936759191 | Medidor de vazão Coriolis | Medidor de vazão Vortex
