O medidor de vazão eletromagnético , frequentemente abreviado como EMF ou medidor magnético, é um instrumento de alto desempenho projetado para medir a vazão volumétrica de líquidos condutores. Ele opera com base na Lei de Indução Eletromagnética de Faraday, um princípio fundamental da física.
Graças ao seu design exclusivo sem partes móveis, o EMF oferece vantagens significativas, incluindo perda mínima de pressão e a capacidade de medir com precisão fluidos complexos. É a escolha ideal para líquidos e lamas sujos, corrosivos ou abrasivos. Consequentemente, é amplamente confiável em setores como processamento químico, metalurgia, mineração, papel e celulose e alimentos e bebidas. Também desempenha um papel vital no monitoramento da distribuição municipal de água e no tratamento de águas residuais.
O Princípio Fundamental: A Lei de Faraday em Ação
A Lei de Faraday afirma que, quando um condutor elétrico se move através de um campo magnético, uma voltagem (força eletromotriz ou FEM) é induzida através do condutor. A magnitude dessa voltagem é diretamente proporcional à velocidade do condutor, ao seu comprimento e à intensidade do campo magnético.
Um medidor de vazão eletromagnético aplica esse princípio, tratando o líquido condutor como condutor. Veja como funciona:
Gerando um campo magnético: O corpo do medidor, conhecido como tubo de medição, é equipado com bobinas que geram um campo magnético controlado perpendicular à direção do fluxo.
O líquido como condutor: À medida que o líquido condutor flui através deste campo magnético, ele efetivamente "corta" as linhas de fluxo magnético.
Indução de uma voltagem: esta ação induz uma voltagem que é diretamente proporcional à velocidade média do líquido que flui.
Medição da Tensão: Dois eletrodos, montados em lados opostos da parede do tubo, detectam essa tensão induzida. Um transmissor então processa esse sinal de tensão para calcular a vazão volumétrica.
A relação é descrita pela fórmula:
U = B * D * v
Onde:
U = Tensão induzida (potencial entre eletrodos)
B = Intensidade do campo magnético (densidade do fluxo magnético)
D = Diâmetro interno do tubo de medição
v = Velocidade média do fluxo do líquido
A partir disso, a vazão volumétrica (Q) pode ser calculada. É importante observar que esse princípio se baseia em um campo magnético uniforme, um fluido condutor e não magnético e um perfil de vazão axissimétrico.
Considerações práticas: O campo magnético de comprimento finito
Curva do fator de correção do campo magnético limite
Em uma aplicação prática, o campo magnético não pode se estender infinitamente. Ele é mais forte perto dos eletrodos e enfraquece nas extremidades. Essa variação pode criar distorções conhecidas como correntes parasitas, que podem afetar a precisão da medição — um fenômeno chamado efeito de borda.
Para compensar isso, um fator de correção (K) é aplicado, especialmente em tubulações onde a relação entre o comprimento do campo magnético e o diâmetro do tubo é pequena. Para a maioria dos projetos modernos com fluxo turbulento, o efeito de borda é insignificante se essa relação for igual ou superior a 2,5.
Métodos de Excitação: Alimentando o Campo Magnético
O sistema de excitação é o coração do medidor, pois gera o campo magnético. O método utilizado determina o processamento do sinal e impacta significativamente o desempenho do medidor. Existem três métodos principais:
1. Excitação CC
Este método utiliza ímãs permanentes ou uma fonte de alimentação CC para criar um campo magnético constante. Embora simples e imune à interferência CA, a excitação CC pode causar eletrólise e polarização do eletrodo em fluidos condutores. Isso interrompe a medição e introduz erros. Portanto, a excitação CC é normalmente reservada para medições de líquidos não eletrolíticos, como metais líquidos (por exemplo, sódio ou mercúrio).
2. Excitação CA
Utilizar uma fonte de alimentação CA com frequência de alimentação (por exemplo, 50 Hz) cria um campo magnético senoidal. Este método evita os problemas de polarização da excitação CC, mas apresenta seus próprios desafios:
Interferência de quadratura: O campo magnético alternado pode induzir uma tensão indesejada de "efeito transformador" no circuito do eletrodo, que pode ser muito maior que o sinal de fluxo real.
Interferência em fase (modo comum): sinais de ruído que têm a mesma fase que o sinal de fluxo podem aparecer em ambos os eletrodos, geralmente causados por correntes parasitas ou indução eletrostática.
Instabilidade: Flutuações na tensão ou frequência da fonte de alimentação CA podem alterar a intensidade do campo magnético, levando a imprecisões de medição.
3. Excitação de onda quadrada de baixa frequência
Este é o método mais avançado e amplamente utilizado atualmente. Ele combina os benefícios das abordagens CC e CA. Ao utilizar uma onda quadrada de baixa frequência (por exemplo, 3-30 Hz), ele:
Elimina a polarização invertendo constantemente o campo.
Evita interferência de quadratura medindo o sinal de fluxo durante os períodos estáveis da onda quadrada.
Suprime correntes parasitas, resultando em excelente estabilidade de ponto zero e alta precisão.
Os avanços modernos continuam a refinar essa técnica com inovações como excitação de onda quadrada de três estados e dupla frequência, melhorando ainda mais o desempenho e a confiabilidade dos medidores de vazão eletromagnéticos.
