Medidores de vazão em linha versus medidores de vazão de inserção para ar comprimido

Assim como em todas as aplicações de medição de vazão de gás, os sistemas de ar comprimido utilizam duas formas universais de instalação de medidores: em linha e de inserção. Ambas são amplamente utilizadas em campo, mas diferem significativamente em termos de precisão de medição, diâmetro da tubulação aplicável, perda de carga e método de instalação. A seguir, analisaremos mais detalhadamente ambas as configurações para ajudá-lo a fazer uma escolha mais informada para sua aplicação de medição de ar comprimido .

Princípios de funcionamento

Antes de compararmos os formatos de instalação, vamos dar uma olhada rápida nas tecnologias de medidores de vazão utilizadas em serviços de ar comprimido:

• Os medidores de vazão mássica térmica medem a transferência de calor entre um elemento sensor aquecido e o gás em fluxo para determinar a taxa de fluxo mássico diretamente, sem a necessidade de compensação separada de pressão ou temperatura.
• Os medidores de vazão por vórtice contam a frequência de desprendimento de vórtices atrás de um corpo rombudo para derivar a vazão volumétrica, sendo adequados para coletores principais de alta velocidade e alto fluxo, mas perdem o sinal abaixo de uma velocidade mínima mensurável.
• Os medidores de pressão diferencial (placas de orifício, tubos Venturi, tubos de Pitot de média) aplicam o princípio de Bernoulli para relacionar a queda de pressão à velocidade do fluxo, mas exigem entradas de pressão e temperatura em tempo real para converter em vazão mássica ou vazão volumétrica padrão (Nm³/h).

Medidores de vazão para ar comprimido

Medidor de vazão de ar comprimido de 8 polegadas

Medidor de vazão digital para ar comprimido

Medidor de fluxo de ar Vortex

Placa de orifício do medidor de vazão DP

Na prática, os medidores de vazão mássica térmica são a tecnologia mais utilizada em aplicações de ar comprimido. Eles medem a vazão mássica diretamente, respondem de forma confiável a baixas velocidades de fluxo e funcionam igualmente bem, desde a detecção de vazamentos em ramais até a medição no coletor principal. As configurações em linha e de inserção são as mais comuns para instrumentos de vazão mássica térmica. No restante deste artigo, vamos nos concentrar em como cada forma de instalação se comporta em serviços de ar comprimido.

Medidor de massa térmica em linha

Um medidor de massa térmica em linha é instalado através de um corte na tubulação, com o medidor encaixado diretamente na linha. Todo o fluxo de ar passa pelo corpo do medidor. Internamente, dois sensores RTD funcionam em conjunto: um monitora a temperatura do gás, enquanto o outro é aquecido. A diferença de temperatura entre os dois sensores indica ao medidor a quantidade de gás que está fluindo.

Características principais:

• Medição de diâmetro total sem necessidade de pressupor um perfil de velocidade
• Precisão típica: ±1,5% da leitura, repetibilidade ±0,5%
• Ampla faixa de medição, geralmente de 100:1, permitindo medições confiáveis ​​desde condições de fluxo máximo até a detecção de vazamentos em baixos fluxos.
• Sem peças móveis, requer manutenção mínima.
• Adequado para tubos com diâmetros de DN15 a DN200; acima de DN200, o custo aumenta consideravelmente.

Medidores de Vazão Mássica Térmica de Inserção

Um medidor de vazão térmica de inserção funciona com o mesmo princípio de RTD duplo, mas em vez de cortar o tubo, uma sonda é inserida através de um orifício na parede do tubo até uma profundidade predefinida dentro do fluxo. A sonda mede a velocidade e a temperatura local do gás, e o medidor calcula a vazão total a partir dessa amostra.

Existem duas configurações de sonda disponíveis:

• As sondas de ponto único posicionam os elementos sensores a uma profundidade fixa, tipicamente 0,119D a partir da linha central do tubo, o ponto que melhor representa a velocidade média sob fluxo turbulento totalmente desenvolvido.
• As sondas de média multiponto coletam amostras em várias profundidades ao longo da seção transversal do tubo e calculam a média das leituras, reduzindo o impacto de perfis de fluxo irregulares.

Características principais:

• O custo da sonda não aumenta significativamente com o diâmetro do tubo, tornando os medidores de inserção economicamente viáveis ​​para aplicações de grande diâmetro, a partir de DN100.
• Precisão: ±2% da leitura em condições ideais; ±3 a ±5% quando o trecho reto a montante for insuficiente.
• Requer um comprimento de tubulação reta de 15D a 30D a montante e 5D a jusante; condicionadores de fluxo podem reduzir esse requisito.
• A sonda pode ser removida para limpeza ou recalibração sem desligar o sistema.

Comparação de Precisão

Os medidores de massa térmica em linha e de inserção diferem em um aspecto fundamental: a forma como medem a vazão.

Os medidores em linha medem a transferência de calor em toda a seção transversal do fluxo, tornando-os em grande parte insensíveis à distorção do perfil de velocidade. Os medidores de inserção fazem a amostragem em um único ponto; qualquer perturbação a montante, como curvas, redutores, válvulas parcialmente abertas ou junções em T, pode distorcer a leitura.

Orientações para a seleção:

• Escolha a opção em linha quando for necessária uma precisão de ±1–2%. As aplicações típicas incluem faturamento de energia, alocação de custos e detecção de vazamentos.
• Opte pela inserção quando uma variação de ±3% for aceitável; ela é suficiente para o monitoramento geral do fluxo em coletores de grande porte e está disponível a um custo significativamente menor.

Diâmetro e custo do tubo

Um medidor de massa térmica em linha de passagem plena para um cabeçote DN300 pode custar de cinco a dez vezes mais do que uma sonda de inserção comparável. Em DN500 e acima, os medidores de massa térmica em linha de passagem plena geralmente não estão disponíveis ou são impraticáveis, tornando a inserção a única opção viável.

Instalação e manutenção

O método de instalação é outra área em que os medidores em linha e de inserção diferem significativamente.

Os medidores em linha exigem o corte do tubo e a instalação de um conector flangeado, o que requer o desligamento completo do sistema e a despressurização.

Os medidores de inserção oferecem mais flexibilidade:

• A instalação padrão exige a perfuração e soldagem de um ressalto roscado na parede do tubo, o que ainda requer uma interrupção do fornecimento.
• Com ferramentas de derivação a quente, a sonda pode ser instalada sob pressão total do sistema sem interromper o fornecimento de ar comprimido.
• As sondas podem ser retraídas através da válvula de isolamento para limpeza ou recalibração sem a necessidade de desativar a linha, o que é particularmente útil em sistemas onde ocorre acúmulo de óleo ou condensado nos elementos sensores do RTD ao longo do tempo.

Queda de pressão

A queda de pressão refere-se à perda de pressão que o ar comprimido sofre ao passar por um medidor de vazão. Quanto maior a queda de pressão, mais o compressor precisa trabalhar para manter a pressão do sistema e mais energia é consumida.

Os medidores de massa térmica em linha normalmente introduzem uma queda de pressão permanente de 20 a 50 mbar na vazão nominal. As sondas de inserção, que ocupam menos de 5% do diâmetro da tubulação, mantêm-se abaixo de 5 mbar na maioria das condições de operação.

Para tubulações de pequeno diâmetro, essa diferença é administrável. Para coletores de grande diâmetro com altos volumes de fluxo, a queda de pressão se torna um custo operacional real, e os medidores de inserção oferecem uma vantagem significativa nesse aspecto.

Conforme discutido anteriormente, nenhuma das configurações é universalmente melhor. A escolha correta depende do diâmetro da tubulação, da precisão exigida e das condições do local. Na maioria dos sistemas de ar comprimido, ambos os tipos de medidores têm sua função: medidores em linha em pontos de medição críticos, onde a precisão é fundamental, e medidores de inserção em coletores maiores, onde o custo e a flexibilidade de instalação são prioritários.