Compreendendo medidores de vazão mássica térmica: princípios e aplicações

Compreendendo medidores de vazão mássica térmica: princípios e aplicações

Introdução

Medidores de vazão mássica térmica são instrumentos avançados utilizados em diversos setores para medir a vazão de gases. Esses medidores baseiam-se nos princípios de transferência de calor e dinâmica de fluidos para fornecer medições precisas e confiáveis. Este artigo abordará os princípios de funcionamento dos medidores de vazão mássica térmica, seus componentes, benefícios, limitações e aplicações.

I. Princípios de funcionamento

Os medidores de vazão mássica térmica operam com base no princípio da dispersão térmica. Eles medem a transferência de calor por convecção de uma superfície aquecida para o gás em fluxo. O calor perdido para o gás é diretamente proporcional à sua vazão mássica. Os principais componentes de um medidor de vazão mássica térmica incluem um sensor aquecido, um sensor de temperatura e um analisador microprocessado.

A. Sensor aquecido

O sensor aquecido em um medidor de vazão mássica térmica é normalmente um resistor metálico de película fina ou um fio de platina. Este sensor é aquecido eletricamente a uma temperatura específica acima da temperatura ambiente. À medida que o gás passa por este sensor, ele absorve calor, causando uma redução na temperatura do sensor. A taxa de transferência de calor é determinada pela vazão mássica do gás.

B. Sensor de temperatura

O sensor de temperatura é responsável por medir a temperatura real do sensor. Ao monitorar a diferença de temperatura entre os sensores aquecido e de temperatura, o medidor de vazão pode determinar com precisão a vazão mássica. O sensor de temperatura geralmente é um detector de temperatura de resistência (RTD) ou um termopar.

C. Analisador baseado em microprocessador

O analisador microprocessado recebe sinais dos sensores de aquecimento e temperatura e processa os dados para calcular a vazão mássica. Ele compensa as alterações nas propriedades do gás, converte o sinal analógico em digital e fornece diversas saídas para exibição ou análise posterior. O analisador também incorpora tabelas de calibração para aumentar a precisão da medição.

II. Benefícios dos medidores de vazão mássica térmica

A. Ampla gama de aplicações

Os medidores de vazão mássica térmica são versáteis e podem ser usados ​​para diversos gases, como ar, gás natural, nitrogênio, oxigênio e outros. Eles encontram aplicações em indústrias como petróleo e gás, química, farmacêutica, alimentos e bebidas, geração de energia e monitoramento ambiental.

B. Alta precisão e repetibilidade

Os medidores de vazão mássica térmica oferecem excelente precisão, normalmente dentro de ±1% da leitura. Além disso, oferecem alta repetibilidade, garantindo medições consistentes ao longo do tempo. Isso permite o controle e o monitoramento precisos das vazões de gás, contribuindo para maior eficiência do processo e economia de custos.

C. Medição direta de fluxo de massa

Ao contrário de outros tipos de medidores de vazão, os medidores de vazão mássica térmicos medem diretamente a vazão mássica dos gases. Isso elimina a necessidade de correções adicionais de pressão ou temperatura, simplificando o processo de medição. A capacidade de medição direta da vazão mássica os torna ideais para aplicações onde a composição e a pressão do gás podem variar.

D. Baixa Queda de Pressão

Os medidores de vazão mássica térmica têm impacto mínimo na pressão do gás medido. Seu design minimiza qualquer queda de pressão, garantindo que as características de vazão do sistema permaneçam inalteradas. Esse recurso é crucial em aplicações nas quais é essencial manter níveis de pressão consistentes.

E. Ampla taxa de abertura

A razão de turndown refere-se à faixa de vazões que um medidor pode medir com precisão. Os medidores de vazão mássica térmica oferecem uma ampla razão de turndown, frequentemente de até 100:1 ou mais. A capacidade de medir vazões altas e baixas com precisão os torna adequados para aplicações com diferentes requisitos de vazão.

III. Limitações dos medidores de vazão mássica térmica

A. Composição do gás

A medição precisa do fluxo de gás depende do conhecimento da capacidade térmica específica e da condutividade térmica do gás medido. Portanto, medidores de vazão mássica térmica são sensíveis a variações na composição do gás. Alterações na composição do gás podem exigir que o medidor de vazão seja recalibrado ou utilizado com fatores de correção apropriados.

B. Falta de adequação para líquidos ou alto fluxo de partículas

Medidores de vazão mássica térmicos não conseguem medir com precisão o fluxo de líquidos ou gases com altas concentrações de partículas. O princípio de transferência de calor utilizado em medidores de vazão mássica térmicos é aplicável principalmente a gases. Para medições de vazão de líquidos ou aplicações com alto teor de partículas, tecnologias alternativas de medidores de vazão devem ser consideradas.

C. Tamanhos de tubos limitados

O tamanho físico e o design dos medidores de vazão mássica térmica impõem limitações quanto aos diâmetros mínimo e máximo de tubulação com os quais podem ser efetivamente utilizados. O limite inferior é normalmente em torno de 1/4' de diâmetro de tubulação, enquanto o limite superior é geralmente em torno de 12' de diâmetro de tubulação. Para tubos maiores, tecnologias alternativas de medidores de vazão são mais adequadas.

IV. Aplicações de Medidores de Vazão Mássica Térmica

A. Medição de ar comprimido

Medidores de vazão mássica térmicos são amplamente utilizados para medir vazões de ar comprimido. O monitoramento do uso de ar comprimido pode ajudar a identificar potenciais oportunidades de economia de energia e otimizar a eficiência do sistema. Os medidores de vazão mássica térmicos oferecem os recursos de medição precisos necessários para essas aplicações.

B. Monitoramento Ambiental

Em aplicações de monitoramento ambiental, medidores de vazão mássica térmica são utilizados para medir as vazões de gases emitidos por processos industriais. Ao monitorar as emissões com precisão, as indústrias podem permanecer em conformidade com as regulamentações ambientais e tomar as medidas necessárias para mitigar quaisquer potenciais impactos ambientais.

C. Fabricação Farmacêutica

Na indústria farmacêutica, medidores de vazão mássica térmica são utilizados para medir as vazões de gases utilizados em diversas etapas do processo. A medição precisa garante o fornecimento das quantidades corretas de gás, garantindo a qualidade do produto e a conformidade com os rigorosos padrões da indústria.

D. Controle de Processos Químicos

Os medidores de vazão mássica térmica desempenham um papel vital na indústria química para controle e monitoramento de processos. Eles permitem a medição e a regulação precisas de gases, ajudando a otimizar reações químicas e minimizar o desperdício. Sua alta precisão e medição direta de vazão mássica são vantajosas nesse contexto.

E. Monitoramento de gás combustível

Medidores de vazão mássica térmicos são utilizados para medir as vazões de gás natural ou outros gases combustíveis em instalações de geração de energia. A precisão da medição é crucial para uma operação eficiente e a conformidade com as normas de segurança. Os medidores de vazão mássica térmicos oferecem uma solução confiável para o monitoramento de gás combustível nessas aplicações.

Conclusão

Medidores de vazão mássica térmicos são instrumentos essenciais para medir vazões de gases com precisão. Compreender seus princípios de funcionamento, benefícios, limitações e aplicações é crucial para selecionar o medidor de vazão adequado para necessidades específicas. Embora os medidores de vazão mássica térmicos tenham certas limitações, seus inúmeros benefícios os tornam indispensáveis ​​em uma ampla gama de aplicações industriais onde a medição e o controle da vazão de gás são essenciais.

Coletivamente, o efeito do medidor de vazão mássica na sociedade industrial foi eliminar o fabricante do medidor de vazão de vórtice e reduzir drasticamente o tempo associado ao fabricante do medidor de densidade de garfo.

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