O que é o medidor de vazão mássica Coriolis e como funciona o medidor Coriolis

A medição do fluxo de massa é a base de muitos elementos-chave em toda a indústria, incluindo a maioria das formulações de receitas, determinações de balanço de materiais e operações de faturamento e transferência de custódia. Sendo estas as medições de fluxo mais críticas em uma planta de processamento, a confiabilidade e a precisão da detecção do fluxo de massa são muito importantes.

Uma (Breve) História da Medição de Fluxo de Massa

No passado, o fluxo de massa era frequentemente calculado a partir das saídas de um medidor de vazão volumétrico e de um densitômetro. As variações de densidade eram medidas diretamente ou calculadas usando as saídas de transmissores de temperatura e pressão do processo. Em última análise, como a relação entre pressão ou temperatura do processo e densidade nem sempre é conhecida com precisão, essas medições não eram muito precisas.

Um dos primeiros projetos de medidores de vazão de massa autônomos operados usando momento angular– Possuía um impulsor acionado por motor que imprimia momento angular (movimento rotativo) acelerando o fluido a uma velocidade angular constante. Quanto maior a densidade, maior o momento angular necessário para obter essa velocidade angular. A jusante do impulsor acionado, uma turbina estacionária sustentada por mola era exposta a esse momento angular. O torque resultante (torção da mola) era uma indicação do fluxo de massa. No entanto, com projetos mecânicos complexos e altos custos de manutenção, esses tipos de medidores foram amplamente substituídos por projetos mais robustos e que exigem menos manutenção.

Um desses projetos é o medidor de vazão mássica Coriolis, amplamente considerado o tipo mais preciso de medidor de vazão mássica e amplamente utilizado em aplicações industriais para medições precisas. Os medidores de vazão Coriolis apresentam instrumentação que funciona com base no princípio de funcionamento do medidor de vazão mássica .– Um fenômeno notável (e estranho) pelo qual uma massa em movimento em um sistema rotativo sofre uma força que atua perpendicularmente à direção do movimento e ao eixo de rotação. As primeiras patentes industriais do Coriolis datam da década de 1950, e os primeiros medidores de vazão mássica Coriolis foram construídos na década de 1970.

O princípio de funcionamento do medidor de vazão Coriolis

Foi GG Coriolis, um engenheiro francês, quem primeiro observou que todos os corpos que se movem na superfície da Terra tendem a se deslocar lateralmente devido à rotação do planeta para o leste. No Hemisfério Norte, a deflexão é para a direita do movimento; no Hemisfério Sul, a deflexão é para a esquerda. Essa deriva desempenha um papel fundamental tanto na atividade das marés dos oceanos quanto no clima do planeta. Como um ponto no Equador traça um círculo maior por dia do que um ponto mais próximo dos polos, um corpo que se desloca em direção a qualquer um dos polos se deslocará para o leste porque retém sua velocidade de rotação mais alta (leste) ao passar sobre a superfície da Terra, que gira mais lentamente. Essa deriva é definida como a força de Coriolis.

Quando um fluido flui em um tubo e é submetido à aceleração de Coriolis pela introdução mecânica de rotação aparente no tubo, a intensidade da força de deflexão gerada pelo efeito inercial de Coriolis será uma função da vazão mássica do fluido. Se um tubo for girado em torno de um ponto enquanto o líquido flui através dele (em direção ou para longe do centro de rotação), esse fluido gerará uma força inercial (atuando no tubo) perpendicular à direção do fluxo.

Com referência à Figura 1, uma partícula (dm) viaja a uma velocidade (V) dentro de um tubo (T). O tubo gira em torno de um ponto fixo (P), e a partícula está a uma distância de um raio (R) do ponto fixo. A partícula se move com velocidade angular (w) sob duas componentes de aceleração: uma aceleração centrípeta direcionada para P e uma aceleração de Coriolis atuando em ângulo reto com ar:

ar (centrípeto) = w2r

em (Coriolis) = 2wv

Para transmitir a aceleração do medidor de Coriolis (at) à partícula fluida, uma força de at (dm) precisa ser gerada pelo tubo. A partícula fluida reage a essa força com uma força de Coriolis igual e oposta:

Fc = em(dm) = 2wv(dm)

Então, se o fluido do processo tem densidade (D) e está fluindo a uma velocidade constante dentro de um tubo rotativo de área transversal A, um segmento do tubo de comprimento X sofrerá uma força de Coriolis de magnitude:

Fc = 2wvDAx

Como a vazão mássica é dm = DvA, a força de Coriolis Fc = 2w(dm)x e, finalmente:

Fluxo de massa = Fc / (2wx)

É assim que a medição da força de Coriolis exercida pelo fluido que flui sobre o tubo rotativo pode fornecer uma indicação da vazão mássica. Embora girar um tubo não seja necessariamente um procedimento operacional padrão prático na construção de um medidor de vazão comercial, oscilar ou vibrar o tubo– o que é prático– pode alcançar o mesmo efeito.