Rogerio Dias Gimenes Medidor Vazão Engrenagens Ovais ma13 december2003

Rogerio Dias Gimenes Medidor Vazão Engrenagens Ovais ma13 december2003

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AtualInstrumentação

Mecatrônica Atual nº13 - Dezembro - 200347 vazão é considerada a variável mais importante dentro da indústria de um modo geral e está diretamente relacionada com a qualidade dos produtos de uma empresa. Assim, a precisão na medição da vazão de uma matéria-prima determinará a qualidade do produto final e, conseqüentemente, irá influenciar na lucratividade dessa empresa. Esse relacionamento entre a medição da vazão e a lucratividade se aplica, por exemplo, aos postos de combustíveis, onde as distribuidoras utilizam medidores de vazão para totalizar a venda e realizar a cobrança do combustível que foi vendido durante o abastecimento do veículo, seja ele movido a gasolina, GNV, álcool ou diesel. Portanto, essa medição deverá ser precisa, de acordo com as normas vigentes, para não prejudicar o cliente nem tampouco o proprietário do posto

Este artigo tem o objetivo de mostrar as aplicações de medidores de engrenagens ovais em alguns segmentos da indústria, destacando suas vantagens com relação a outros medidores de vazão, além de demonstrar a facilidade de seu uso durante o processo de fabricação industrial no qual ele se encontra instalado.

Medidor de vazão tipo Rogério Dias Gimenes*

Aem relação à cobrança do combustível comercializado.

A aplicação de medidores de vazão é útil também em laboratórios de testes, na checagem do funcionamento de um motor de uma máquina, ou de uma turbina, até mesmo em situações do cotidiano como uma simples medição de água nas residências mediante a utilização de um hidrômetro.

Embora a medição da vazão seja primordial nas indústrias, ela não

“Tão preciso e confiável quanto um relógio suíço!” garante a qualidade do processo de fabricação de um produto. Ainda assim é necessário que essa medição seja feita de forma precisa e com a indicação correta para obter resultados positivos.

Uma pesquisa realizada na

Europa mostrou que 5 a 50% dos medidores de vazão analisados apresentavam deficiência na medição, sendo constatado que 75% desses não eram adequados para a sua utilização. Os erros mais comuns ocorreram devido à má especificação e aplicação desses, bem como ao desconhecimento das técnicas de medição de vazão, erros na instalação mecânica do medidor, desconhecimento do processo do cliente por parte do fornecedor do medidor, etc. Esses problemas poderão ser minimizados sobremaneira, se forem empregados medidores de vazão tipo engrenagens ovais, que são indicados para vários tipos de aplicações nas indústrias, principalmente em casos de fluidos viscosos, como tintas, óleos, combustíveis, etc.

O medidor de vazão tipo “engrenagens ovais” existe desde 1932, quando foi inventado na Alemanha. Dessa forma, já possui mais de 70 anos de existência, o que comprova ainda mais que ele é um instrumento de alta confiabilidade e eficiente. Ele engrenagens ovais engrenagem.indd 7/1/2003, 14:4847

InstrumentaçãoAtual

Mecatrônica Atual nº13 - Dezembro - 200348 F.5

Medidores de vazão de engrena-gens ovais com câmara dupla. F.2 também é chamado de medidor de vazão tipo Deslocamento Positivo, pois as engrenagens ovais são deslocadas positivamente de acordo com a velocidade de escoamento do fluido. Entre os medidores volumétricos, ele se destaca em virtude de sua concepção robusta e suas engrenagens ovais, assim como por ser um medidor de construção e princípio de funcionamento muito simples.

Na verdade, é o único medidor de vazão direta existente no mercado, uma vez que não depende de outros fatores para medir a vazão. Por outro lado, independe da condutividade do líquido a ser medido ou outras características do líquido tais como: densidade, pH, etc. Considerando-se que mede a vazão diretamente, apresenta longa vida útil e é tão preciso e confiável quanto um relógio suíço.

Características Principais: -Alta precisão: +/- 0,2% do valor medido; -Alta “repetibilidade”: +/- 0,05%;

-Amplo range de medição aplicado p/ Viscosidades de até 100.0 cP.

Vantagens: -Alta Confiabilidade;

-Longa vida útil de trabalho;

-Fácil manutenção;

-Suporta alta temperatura de trabalho até 290ºC;

-Trabalha sem restrições em alta pressão; -Gera baixa perda de carga.

O elemento de medição deste medidor, denominado conjunto sensor, é formado pelo par de engrenagens ovais que são movimentadas pelo fluído a ser medido.

Na figura 1, cada rotação do par de engrenagens desloca um volume exato e pré-determinado de líquido dentro da câmara de medição (parte molhada) do medidor. Com isso, o número de rotações das engrenagens ovais é diretamente proporcional ao volume medido.

As rotações do par de engrenagens ovais são transmitidas por um sistema denominado de transmissão magnética para um outro sistema utilizado para visualização e indicação da vazão instantânea e também para a vazão totalizada. Quando for soli- citada pelo cliente, esta indicação poderá ser visualizada no próprio local de instalação do medidor (instalação local) ou ainda à distância em outro local (instalação remota).

Em casos de utilização de medidores com transmissão magnética poderá ainda existir uma saída de sinal para comunicação com PLCs, SDCDs e demais sistemas de controle, onde o operador poderá visualizar a vazão instantânea e totalizada pelo medidor podendo controlar o processo de uma maneira mais eficaz.

Devido a sua construção, os medidores de vazão de engrenagens ovais com câmara dupla (figura 2) são ainda mais robustos que os com câmara simples (figura 3) que embora são também robustos e possuem as mesmas características de operação e construção. A diferença entre os dois está em que o medidor de câmara dupla foi desenvolvido para maiores vazões, pressões e temperaturas em relação ao medidor de câmara simples.

Os medidores de engrenagens ovais com câmara simples utilizam o corpo da carcaça como proteção e ao mesmo tempo como câmara de medição; enquanto que os medidores com câmara dupla, ao contrário dos demais medidores, a carcaça e a câmara de medição formam unidades distintas.

Desse modo, o medidor de câmara dupla possui sua câmara de medição isolada da carcaça, o que faz com que ele não sofra eventuais deformações que geralmente ocorrem sobre a carcaça, quando dos esforços de movimentação da linha. Ele pode ser comparado a um tanque de guerra blindado, uma vez que em relação a qualquer outro tipo de medidor, a sua exatidão é constante e não sofre nenhuma interferência da carcaça, mesmo em condições extremas.

Os medidores de engrenagens ovais com câmara dupla foram desenvolvidos para suportar as severas condições de processo e externas ao processo, inviáveis aos medidores de engrenagens ovais com câmara simples. Estes medidores geralmente possuem transmissão magnética concêntrica, onde o movi- mento das engrenagens é transmitido sem atrito. Dessa forma, além de assegurar ao medidor uma perfeita estanqueidade, também faz com que sua exatidão não seja afetada nas baixas vazões.

O par de engrenagens gira sobre dois eixos retificados, sendo estes os seus únicos pontos de contato na câmara de medição. Suas engrenagens são separadas por uma folga contínua, da espessura do filme do líquido a ser medido, impedindo que ocorra um desgaste por choque mecânico ou abrasão.

A parte de indicação/totalização do medidor está hermeticamente separada da câmara de medição (parte molhada). Assim, a rotação das engrenagens, que é proporcional a vazão, será transmitida por meio de

Medidores de vazão de engrena-gens ovais com câmara simples. F.3

Transmissão magnética.F.4 engrenagem.indd 7/1/2003, 14:4848-49

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Mecatrônica Atual nº13 - Dezembro - 200349 um acoplamento de imãs permanentes (transmissão magnética) como mostra a figura 4. Assim, a medição da vazão da câmara molhada é transmitida para a parte seca sem nenhum contato mecânico e sem nenhuma ligação mecânica ou elétrica da unidade de indicação com a parte de medição. Trata-se, portanto, de um equipamento totalmente modular que poderá ser utilizado com qualquer tipo de unidade de indicação/totalização (local/remota).

De acordo com a unidade de indicação, o medidor pode possuir um transmissor de sinal para indicação da vazão à distância e, nesses casos, utiliza-se de sinais de saída dos mais diversos, tais como pulsos; corrente 4 - 20 mA, 0 - 20 mA; tensão 0 - 5 V, 1 - 5 V, 0 - 10 V, etc.

Em muitos casos, o medidor poderá ser também cego, ou seja, sem nenhuma indicação no campo, sendo então um medidor com indicação direta no sistema supervisório de controle. Essa indicação será realizada através do transmissor de sinal do medidor direto para o hardware do sistema, seja ele um PLC, um SDCD, um controlador multi-loop, etc.

Dessa maneira, concluí-se que esses medidores podem ter seu sistema de indicação ou de transmissão separados, ou ainda os dois sistemas em um só (indicador/transmissor). Modificações poderão ser realizadas ao longo do tempo como, por exemplo, quando um cliente estiver no desenvolvimento de uma planta e desejar que o sistema seja modificado e evoluído, passando de um tipo de indicação para outra. Poderá também ser equipado com a transmissão de sinal, sinal a relé para alarme ou mesmo para o start de uma bomba.

Os medidores de engrenagens ovais têm a capacidade de trabalhar de uma maneira simples somente com indicação local, mas poderão inclusive estar compondo o mais complexo sistema de controle com a mesma eficácia e versatilidade.

Essa versatilidade se aplica igualmente ao fato deles poderem ser aplicados em variados tipos de líquidos e em qualquer condição de operação, mesmo em situações em que o líquido possua sólidos em suspensão. Nesses casos, o medidor deverá utilizar engrenagens ovais com perfil especial e sistema de filtragem na entrada do medidor, o qual deverá ser especificado conforme o fluido e demais condições de operação pelo próprio fabricante do medidor (figura 5).

A engrenagem de perfil especial é empregada no intuito de reduzir a perda de carga da linha através do medidor de engrenagens ovais quando o mesmo está medindo fluidos altamente viscosos, fluidos com

Engrenagens de perfil especial e normal. F.5

Engrenagens de perfil especial

Engrenagens de perfil normal

Sistema de envasamento volumétrico. F.6 engrenagem.indd 7/1/2003, 14:4948-49

InstrumentaçãoAtual

Mecatrônica Atual nº13 - Dezembro - 200350 uma certa quantidade de sólidos em suspensão, uma vez que este perfil evita o travamento das engrenagens.

Esses medidores são ideais para fluidos que têm que ser aquecidos o tempo todo, evitando que o mesmo se solidifique. Nesse caso, eles deverão ser fabricados com câmara de aquecimento para evitar problemas no processo como, por exemplo, obstrução da linha devido a solidificação do fluido e também para manter o líquido aquecido em todo o trecho da tubulação.

No caso dos medidores de engrenagens ovais com câmara simples em aplicações para líquidos de alta viscosidade, ou mesmo líquidos não newtonianos tais como resinas, dispersões, polímeros, etc., recomenda-se a utilização de medidores com engrenagens de perfil especial e rolamentos especiais em aço inoxidável substituindo mancais de grafite.

O medidor de vazão de engrenagens ovais pode ser aplicado para inúmeras medições de vazão, desde as mais comuns até as mais complexas, inclusive em casos onde outros medidores de vazão já foram testados sem sucesso, ele pode ser aplicado sem nenhuma restrição e funcionar de acordo com suas características de precisão, repetibilidade, longevidade, confiabilidade, etc.

Por isso, esse medidor poderá ser usado em qualquer tipo de indústria, principalmente nas áreas Petrolífera, Petroquímica, Química, Alimentícia, Farmacêutica, Tintas e Vernizes, Celulose e Papel, Cimento e Derivados, Siderúrgica, Metalúrgica, Geração de Energia, em casos de empresas de Armazenamento e Distribuição de produtos químicos e petroquímicos, em carregamento de caminhões-tanque, carregamento de navios, abastecimento de veículos, etc.

Dependendo das condições de operação de processo, o medidor de câmara simples poderá ser empregado para medição de líquidos, tais como: GLP, ácidos, bases, álcool, solventes, dispersões, polímeros, aditivos, resi- nas, tintas, colas, asfaltos, etc. Sistema de carregamentos de combustíveis.F.12

Sistema de Medição e Controle para Consumo do Combustível em Caldeira.

Já nos processos, onde as condições de operação são mais severas (petróleo bruto, líquidos brutos, petróleo intermediário, petróleo refinado, GLP, querosene, óleos combustíveis, enxofre líquido, etc), a utilização desses medidores deverá ser com câmara dupla, visto que os medidores com câmara simples não têm capacidade de suprir as necessidades diante de processos em que as condições seve- ras que variam o tempo todo em extremos, demandando assim muito mais do medidor em termos de segurança e construção.

Esses medidores com câmara dupla também são utilizados em estações de medição de empresas produtoras e distribuidoras de álcool e derivados de petróleo, caminhões tanques, vagões e navios, bem como oleodutos e processos de transferências entre empresas para efeitos contábeis. Até mesmo nas transações de transferência de custódia de produtos no estado líquido, que necessitam ser submetidos ao controle de entidades oficiais de regulamentação, esses medidores com câmara dupla são preferencialmente adotados devido a sua alta exatidão e demais características de construção e princípio de funcionamento. Tanto é verdade, que hoje estes medidores são empregados como padrão nessas aplicações de transferência de custódia. Veja nas engrenagem.indd 7/1/2003, 14:4950-51

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* Rogério Dias Gimenes é representante técnico comercial da Metroval Controle de Fluídos Ltda.

- Catálogos e Manuais de Medidores de Vazão de Engrenagens Ovais - METROVAL Controle de Fluidos Ltda., 2003. - Delmée, Gerard. Medição de Vazão de Gás Natural - SENAI-SANTOS.

Bibliografiafiguras 6 a 13 algumas aplicações do medidor de vazão de engrenagens ovais.

A figura 14 ilustra um diagrama de funcionamento em bloco de medidores equipados com transmissores de pulsos interligados a conversores eletrônicos. Esse diagrama mostra a operação do medidor de vazão de engrenagens ovais como um sistema de medição único, ou seja, enquanto o fluido passa pela câmara de medição do medidor, ele movimenta as engrenagens, deslocando-as positivamente de acordo com a vazão. Durante essa movimentação, o sensor (pick up) captará o sinal proporcional das engrenagens, e enviará um sinal de pulso padrão para o condicionador de sinal (indicador de vazão, totalizador ou prédeterminador). Ao receber este sinal, o condicionador de sinal indicará a vazão, totalizando-a ou executando uma pré-determinação, de acordo com sua programação. O condicionador de sinal também enviará um sinal de saída padrão de 4-20 mA (medição da vazão) e um sinal de pulsos (totalização da vazão) para um outro sistema de controle, que poderá ser um CLP ou sistema SCADA, um SDCD, uma outra indicação a distância, etc.

No mesmo esquema, como alternativa, o sensor pick up está enviando seu sinal de pulsos para um transmissor sem indicação, que converte o sinal de pulsos em sinal de corrente 4-20 mA proporcional à vazão inclusive em outro tipo de sinal de pulsos referente à totalização da vazão, Esses sinais são enviados igualmente para um instrumento totalizador/prédeterminador, um indicador de vazão remoto ou para outro sistema de controle como um CLP.

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