A distinção é importante ao especificar equipamentos para dosagem, mistura ou transferência de produto. Uma leitura volumétrica tecnicamente correta ainda pode produzir um total de massa incorreto se a densidade usada no cálculo estiver errada.
Qual é a diferença entre fluxo de massa e fluxo de volume?
Taxa de fluxo de massadescreve a quantidade de material por unidade de tempo.Taxa de fluxo volumétricodescreve o espaço ocupado por unidade de tempo, geralmente m³/h ou L/min. Para um líquido monofásico, a relação é fluxo de massa=densidade × fluxo volumétrico nas mesmas condições de operação.
Um medidor Coriolis pode medir o fluxo de massa sem fornecer uma densidade de processo assumida separadamente. Por outro lado, a maioria dos medidores ultrassônicos magnéticos e de tempo de trânsito medem o fluxo volumétrico. Leia ocomparação de fluxo de massa versus fluxo de volumepara as implicações mais amplas de escolher uma quantidade em vez de outra.
Como funcionam os medidores de fluxo de massa líquida Coriolis
Vibração e mudança de fase
Um sensor Coriolis contém um ou mais tubos acionados para vibrar em uma frequência controlada. Quando o líquido está estacionário, os sensores de captação detectam um padrão de vibração de referência. Com o fluxo, o líquido em movimento causa uma pequena resposta de torção, de modo que os pontos próximos à entrada e à saída não se movem mais exatamente ao mesmo tempo.
O transmissor mede esta fase ou diferença de tempo e utiliza a calibração do instrumento para calcular o fluxo de massa. É medir o efeito mecânico da massa em movimento, em vez de medir a velocidade e multiplicar por uma densidade estimada.Explicação da Endress+Hauser sobre o princípio de Coriolisilustra o comportamento do tubo. FlowT fornece um separadoArtigo sobre o princípio de funcionamento de Coriolispara leitores que precisam de mais detalhes.
Densidade, Temperatura e Volume
Muitos instrumentos Coriolis também calculam a densidade a partir da frequência de ressonância do tubo: a massa efetiva do líquido dentro do tubo afeta a forma como ele vibra. A detecção de temperatura ajuda a compensar alterações na rigidez do tubo. O transmissor pode então derivar o fluxo volumétrico do fluxo de massa e da densidade medidos. Se essas variáveis estão disponíveis como resultados depende do modelo.
A medição direta de massa é útil quando uma receita ou balanço de material especifica quilogramas em vez de litros. Suas desvantagens podem incluir custo de aquisição, peso do instrumento, perda de pressão e sensibilidade a certas condições de vibração ou entrada de gás. Essas compensações são examinadas no FlowTVantagens e limitações de Coriolisdiscussão.
Como os medidores de fluxo de massa térmica medem líquidos
Sensores de líquido térmico especializados medem como um fluido fluindo transporta calor. Dependendo do projeto, a eletrônica mantém uma diferença de temperatura ou monitora como uma entrada de calor imposta altera a distribuição de temperatura. O sinal do sensor está relacionado ao fluxo de massa através de uma calibração desenvolvida para o líquido pretendido.
Este método é particularmente relevante para sistemas laboratoriais e de dosagem de baixo fluxo selecionados. As propriedades térmicas – incluindo capacidade térmica e condutividade térmica – afetam a resposta. A substituição por outro fluido sem considerar a calibração pode, portanto, produzir um resultado incorreto.Bronkhorst explica a detecção térmica de líquidose a distinção entre abordagens operacionais comuns.
Não trate um medidor de massa térmica de gás como um medidor de líquido.Por exemplo, FlowTcategoria de produto de fluxo de massa térmicaaborda principalmente aplicações de serviços de gás. Uma aplicação líquida requer um modelo explicitamente projetado e especificado para líquidos, com materiais umedecidos e calibração adequados.
Como calcular a taxa de fluxo de massa líquida
Quando o fluxo de massa for derivado de um medidor volumétrico, use:
Fluxo de massa (kg/h)=densidade (kg/m³) × fluxo volumétrico (m³/h)
Suponha que uma linha transporte 5 m³/h de líquido e sua densidade real em condições operacionais seja de 950 kg/m³. O fluxo de massa correto é 4.750 kg/h. Se o controlador assumir 1.000 kg/m³, ele reportará 5.000 kg/h – 250 kg/h muito alto, ou aproximadamente 5,3% em relação ao valor correto.
Este é um cálculo ilustrativo e não um resultado medido da planta. Mostra por que tanto as medidas como as suas unidades devem referir-se a condições compatíveis. Para densidade variável, a relação instantânea permanece válida, mas a massa total deve ser acumulada a partir de medições sucessivas, em vez de calculada a partir de uma única suposição de densidade.
Medição direta de massa versus métodos baseados em volume
| Tecnologia | Quantidade medida | Quando considerar isso | Limitação Crítica |
|---|---|---|---|
| Coriolis | Massa direta; frequentemente densidade | Dosagem baseada em massa, densidade variável | Custo, perda de pressão, gás e condições mecânicas |
| Térmico líquido dedicado | Resposta calibrada de transferência de calor produzindo fluxo de massa | Baixos fluxos de líquido adequados | Propriedades térmicas e calibração específicas do fluido |
| Eletromagnético | Fluxo volumétrico | Líquido condutor, volume suficiente ou densidade confiável disponível | Requer condutividade adequada e tubo cheio |
| Ultrassônico de fixação | Geralmente fluxo volumétrico | Linhas de retrofit com condições acústicas adequadas | Propriedades do tubo, bolhas, condições de tubo completo |
Um medidor eletromagnético calcula o fluxo a partir da velocidade do líquido em um campo magnético. Não é necessária densidade para relatar o volume, mas a densidade é importante se a planta posteriormente converter o resultado em massa. Vercomo os medidores magnéticos medem o fluxoe o disponívelfaixa de medidor de vazão eletromagnéticopara aplicações adequadas de líquido condutor.
Para água existente ou tubulações de processo compatíveis, ummedidor ultrassônico com pinçapode evitar cortar a linha. Sua leitura de volume ainda precisa de uma entrada de densidade válida para calcular a massa. As diferenças de instalação são discutidas emmedição ultrassônica clamp-on versus em linha.
O que causa erros na medição do fluxo de massa líquida?
Deslocamento zero em fluxo baixo
O ajuste zero Coriolis estabelece a referência de fluxo zero do instrumento. O medidor deve estar cheio, o líquido estável e o fluxo real interrompido, seguindo o procedimento do fabricante. Um zero incorreto pode criar um deslocamento quase constante que se torna significativo em fluxo baixo.
Para ilustração, suponha que um sistema leia 0,2 kg/h de altura devido a um deslocamento. A 100 kg/h, o erro é de 0,2%; a 10 kg/h, passa a 2%. Isto não descreve a precisão de um fabricante específico. Isso mostra por que um medidor deve ser avaliado em seu ponto operacional mais baixo exigido, e não apenas em vazão normal.
Bolhas de gás e vibração
O gás arrastado pode alterar a resposta dos tubos Coriolis e distorcer as leituras de densidade ou fluxo de massa. Os resultados dependem da distribuição das bolhas, da viscosidade, do regime de fluxo e do processamento de sinal do instrumento. Alguns modelos incluem funções de fluxo bifásico; estes não podem ser assumidos para todos os modelos.Artigo técnico da Emerson sobre gás arrastadodetalha as restrições do aplicativo e a importância do comportamento da bolha.
Vibração mecânica externa, tensão no tubo e montagem inadequada também podem afetar o desempenho do Coriolis. Confirme as instruções de instalação antes de alterar o amortecimento do sinal ou tentar um ajuste zero.
Propriedade do fluido e incompatibilidade de instalação
Para medidores de líquidos térmicos, a calibração incorreta do fluido pode afetar os resultados. Para medidores magnéticos, a condutividade insuficiente ou um tubo cheio de forma incompleta podem impedir uma medição de volume confiável. Para sistemas ultrassônicos, espessura incorreta da parede, mau acoplamento do sensor ou bolhas de ar podem degradar o sinal. A falha pode estar na aplicação e não na parte eletrônica do transmissor.
Como escolher o método certo
- Defina a saída necessária.O processo é controlado em quilogramas, litros, concentração ou total do lote? Evite pagar pela medição direta de massa quando o volume já satisfaz a obrigação.
- Caracterize o líquido.Registre a faixa de densidade, viscosidade, condutividade, temperatura, pressão, sólidos e gás arrastado esperado. Para instrumentos térmicos, identifique o líquido ou mistura exato usado para calibração.
- Especifique toda a faixa de fluxo.Fornece vazão mínima, normal e máxima, não apenas diâmetro do tubo. Revise o limite de vazão baixa do medidor, a base de precisão, a perda de pressão e qualquer termo de estabilidade zero. Oguia de seleção de medição de vazãoexplica como essas condições operacionais afetam o dimensionamento.
- Compare o custo de instalação e do ciclo de vida.Uma instalação Coriolis pode justificar um custo inicial mais elevado para a dosagem baseada em massa. Um medidor de volume com uma entrada de densidade confiável pode ser suficiente para água de processo com densidade constante. Inclui requisitos de desligamento, acesso para serviço e despesas de calibração.
- Confirme a cadeia de medição.Se um PLC multiplica o fluxo de volume pela densidade, verifique as unidades, a taxa de atualização e a escala do sinal. O papel de umtransmissor de fluxo e suas saídasé importante ao passar valores para um controlador.
Exemplo de seleção trabalhada: uma mistura de densidade variável
Considere um processo hipotético de mistura de líquidos onde a receita requer 2.000 kg de concentrado por lote. À medida que os ingredientes se misturam, a temperatura e a composição mudam, de modo que uma densidade fixa inserida em um medidor volumétrico pode não representar mais o líquido. Um medidor Coriolis é um candidato lógico porque totaliza diretamente a massa transferida, desde que sua faixa de vazão, perda de pressão e condição do fluido sejam aceitáveis.
Um medidor volumétrico não é automaticamente inadequado. Se uma medição de densidade em linha confiável estiver disponível e o sistema de controle de processo combinar valores sincronizados corretamente, a massa calculada poderá atender a um requisito de precisão apropriado. Compare a incerteza total e o custo de instalação de ambos os arranjos; não presuma que o sensor mais caro sempre produz o melhor resultado geral do processo. Estas são condições hipotéticas e não uma instalação relatada pelo cliente.
Como comparar a precisão e verificar os resultados
Verifique sempre se uma especificação é indicada como uma porcentagem da leitura ou escala completa. Para um instrumento hipotético de escala completa de 1.000 kg/h, ±0,5% da escala completa corresponde a ±5 kg/h. A uma taxa de operação de 100 kg/h, isso por si só equivale a 5% da leitura. Por outro lado, ±0,5% da leitura corresponde a ±0,5 kg/h no mesmo ponto. Especificações reais podem adicionar estabilidade zero, repetibilidade ou outros termos.
A calibração deve comparar o resultado completo da medição com uma referência adequada sobre pontos de fluxo relevantes. Para fluxo de massa líquida, os métodos gravimétricos determinam a massa coletada ao longo do tempo medido.NIST descreve um padrão de calibração gravimétrica líquida, enquanto o FlowTexplicação de calibração de fluxo líquidocobre erros, rastreabilidade e documentação. Um valor de precisão de fábrica não substitui a verificação do processo instalado.
Perguntas frequentes
Um medidor de vazão magnético pode relatar o fluxo de massa?
Ele pode relatar o fluxo de massa calculado quando informações confiáveis de densidade são fornecidas ao transmissor ou sistema de controle. O sensor primário continua sendo um medidor volumétrico.
Coriolis é sempre mais preciso do que o fluxo de massa calculado?
Não. O desempenho depende dos instrumentos específicos, da calibração, das condições do processo e da incerteza da densidade. Compare a incerteza completa sob condições operacionais reais, em vez de apenas o princípio de medição.
Os medidores de fluxo de massa térmica podem medir qualquer líquido?
Não. Existem modelos de líquidos especializados, mas sua resposta térmica depende das propriedades e da calibração do fluido. Confirme os líquidos aprovados, a faixa operacional e a compatibilidade com materiais molhados.
Os medidores de vazão de massa líquida precisam de tubo reto?
Os requisitos são diferentes. Os medidores Coriolis geralmente dependem menos do perfil de velocidade a montante do que muitas tecnologias volumétricas, mas a tensão da tubulação e o suporte mecânico ainda são importantes. Siga o manual exato do modelo.
Conclusão
O fluxo de massa líquida pode ser medido diretamente pela tecnologia Coriolis, inferido através de uma resposta térmica líquida calibrada ou calculado a partir do volume e da densidade medidos. A abordagem correta é aquela que atende aos requisitos do processo em toda a sua vazão real e faixa de propriedades do fluido.
FlowT oferece opções industriais de medição eletromagnética e ultrassônica; estes não devem ser apresentados como medidores diretos de massa líquida Coriolis. Para uma avaliação do projeto,envie à equipe FlowT seus requisitos de líquido, tubulação e mediçãoe confirme se a medição de volume com conversão de densidade é apropriada.
