Dimensionamento de medidor de vazão

Quem dimensiona o medidor é a velocidade, não a vazão

O medidor eletromagnético mede a tensão induzida num líquido condutivo que atravessa um campo magnético. Essa tensão é proporcional à velocidade média, não à vazão volumétrica. Os mesmos 60 m³/h dão 2,1 m/s num sensor DN100 e 0,53 m/s num DN200 — e o sensor maior, com a mesma vazão, trabalha com um sinal quatro vezes mais fraco.

Por isso o primeiro passo da ferramenta é a equação v = (Q/3600)/(π·(D/1000)²/4), avaliada nas duas pontas da operação. A velocidade na linha usa o diâmetro interno real do catálogo de tubos; a velocidade no medidor usa o DN nominal, que é a bitola que de fato define o sensor. Cada valor é classificado contra duas faixas: a faixa recomendada do tipo de fluido e o envelope mensurável de 0,3–10 m/s. Dentro da faixa recomendada o resultado é “OK”; entre a faixa e o envelope é “Atenção”; fora do envelope é “Reprovado”.

Três faixas, e a rangeabilidade que cada uma comporta

A ferramenta trabalha com três tipos de fluido tirados da prática de fabricantes. Líquido limpo usa 1,5–3,0 m/s. Serviço abrasivo mantém o mesmo piso, mas baixa o teto para 2,0 m/s para poupar o liner. Serviço incrustante sobe o piso para 2,0 m/s para que o escoamento limpe os eletrodos.

A consequência passa despercebida com facilidade. Numa bitola fixa a velocidade é proporcional à vazão, então a razão de velocidades entre Qmáx e Qmín é exatamente a rangeabilidade. A faixa de fluido limpo comporta no máximo 2:1, a de incrustante 1,5:1, a de abrasivo 1,33:1 — e só se existir uma bitola do tamanho exato. Uma linha de 4” com 30–60 m³/h mostra isso: DN100 dá 1,06–2,12 m/s, DN90 dá 1,31–2,62 m/s, DN80 dá 1,66–3,32 m/s. A rangeabilidade é 2,0, a razão da faixa é 2,0, e ainda assim nenhum tamanho da série fecha as duas pontas. A ferramenta propõe o DN80 como o mais próximo, rotula a troca como melhora parcial e avisa que o limite é a rangeabilidade, não a bitola.

A linha comanda; a varredura propõe o remédio

Por padrão o medidor é instalado na bitola da linha. A ferramenta então varre toda a série de DN, do DN15 ao DN2000, e pontua cada bitola com uma penalidade em que ficar abaixo do piso pesa três vezes mais que passar do teto. Velocidade baixa é o que mata a medição; velocidade alta é desgaste que se monitora.

Bitola menor é proposta quando de fato reduz essa penalidade. Bitola maior só é proposta com excesso material: a velocidade máxima na bitola da linha precisa passar do teto em mais de 30 % (3,9 m/s em fluido limpo) ou sair do envelope de 10 m/s. Uma linha de 4” com 266 m³/h, sem vazão mínima informada, escoa a 9,4 m/s em DN100, e a ferramenta propõe DN200 a 2,35 m/s. Entre o teto e esse limite a resposta é um aviso de desgaste, não um expansor.

Quando a varredura não acha nada melhor, a ferramenta diz. O silêncio seria lido como “está tudo bem”; um “nenhuma bitola da série traz a velocidade para a faixa” explícito diz ao engenheiro que o problema é a faixa de operação.

O que uma troca de bitola custa

Instalar o medidor numa bitola diferente da linha acrescenta dois redutores concêntricos, o trecho reto que o fabricante exige em torno do sensor (aqui ≥ 5×DN a montante e ≥ 2×DN a jusante, com o tubo sempre cheio) e uma perda de carga localizada nos redutores que é permanente e precisa entrar no dimensionamento da bomba da linha, não só na folha de dados do instrumento. É por isso que uma redução nunca dá veredito “OK”: mesmo quando traz as duas pontas para a faixa, é uma decisão com preço, e o veredito fica em “Atenção” até alguém aceitá-la.

O que esta ferramenta não cobre

O dimensionamento é puramente por velocidade e bitola, para medidor eletromagnético. A ferramenta não verifica a condutividade do fluido, não escolhe material de liner nem de eletrodo, não calcula a perda de carga dos redutores, não estima a exatidão da medição numa dada vazão e não escolhe entre princípios de medição (Coriolis, vórtex, ultrassônico, pressão diferencial). Também não trata gás nem tubo parcialmente cheio. Essas verificações ficam com a folha de dados de processo e com o software de seleção do fabricante.

Se a escolha cair num medidor por pressão diferencial, o elemento primário é dimensionado na calculadora de placa de orifício pela ISO 5167 — o passo a passo de como calcular placa de orifício mostra a sequência, e a lição de placa de orifício explica a física —, enquanto o lado do transmissor é verificado na ferramenta de exatidão de transmissor de pressão diferencial, que também mostra por que uma malha de dP perde exatidão tão depressa em vazão baixa.