Como funciona um medidor de vazão eletromagnético? Princípio, instalação e seleção

Um medidor de vazão eletromagnético - também chamado de medidor de vazão magnético ou medidor magnético - mede a vazão de líquidos condutores em um tubo cheio. Você vai encontrarmedidores de fluxo eletromagnéticosem tratamento de água e águas residuais, processamento químico, alimentos e bebidas, papel e celulose e linhas de polpa de mineração. A razão pela qual os engenheiros procuram um é prática: não há peças móveis no caminho do fluxo, então o medidor continua lendo líquidos sujos, abrasivos ou corrosivos que obstruiriam ou desgastariam um medidor mecânico - desde que o líquido conduza eletricidade e o tubo permaneça cheio.

Este guia explica primeiro o princípio de funcionamento e depois mostra como esse princípio decide onde um medidor magnético se encaixa, como instalá-lo e o que confirmar antes de comprar.

Resumidamente:Um medidor de vazão magnético aplica a lei da indução de Faraday. O líquido condutor atua como condutor móvel; ao passar por um campo magnético dentro do medidor, gera uma pequena tensão que aumenta e diminui com a velocidade do fluxo. Os eletrodos na parede do tubo captam essa tensão e, como o diâmetro do furo é fixo, o transmissor converte a velocidade em vazão volumétrica. Funciona apenas quando o líquido conduz eletricidade e o tubo está cheio.

O que é um medidor de vazão eletromagnético?

Um medidor de vazão eletromagnético é um instrumento de fluxo volumétrico para líquidos condutores. Em vez de um rotor, engrenagem, turbina ou obstrução no tubo, ele usa um campo magnético e um par de eletrodos para detectar o movimento do líquido. O próprio líquido é o condutor móvel: à medida que flui através do campo magnético dentro do corpo do medidor, gera uma pequena voltagem, que o medidor lê e converte em velocidade. Como o diâmetro do furo é conhecido, o transmissor calcula então o fluxo volumétrico.

O mesmo instrumento tem vários nomes - medidor de vazão eletromagnético, medidor de vazão magnético, medidor magnético, medidor magnético e medidor de vazão-condutivo de líquido. Todos eles descrevem o mesmo princípio de medição.

Princípio de funcionamento do medidor de vazão eletromagnético (Lei de Faraday)

O princípio de funcionamento baseia-seLei de indução eletromagnética de Faraday: quando um condutor se move através de um campo magnético, uma tensão é induzida nele. Em um medidor magnético, o condutor não é uma haste de metal -, é o líquido condutor que se move através do tubo de medição.

A tensão induzida é proporcional à velocidade média do líquido. O fluxo mais rápido produz um sinal mais forte; o fluxo mais lento produz um fluxo mais fraco. A relação simplificada é:

Tensão induzida=intensidade do campo magnético × distância do eletrodo × velocidade do fluxo

Dois desses três termos são fixados pelo design do medidor. A intensidade do campo é mantida constante pela eletrônica de acionamento e a distância do eletrodo é definida pelo tubo. Isso deixa a velocidade como a única variável que o medidor tem para resolver - que é exatamente o que a tensão fornece.

Por que o líquido deve ser condutor

A lei de Faraday só produz um sinal utilizável se o condutor em movimento realmente conduzir. Em um líquido, a condutividade vem de íons dissolvidos - sais, ácidos e minerais. A água da torneira, as águas residuais e a maioria das soluções de processo carregam íons suficientes para serem medidos facilmente. Óleos, gases, vapor e água ultrapura ou deionizada geralmente não. Para obter informações básicas sobre o que aumenta ou diminui a condutividade, oExplicação do USGS sobre condutância elétrica na águaé uma cartilha clara, mas o número que realmente importa para a seleção é a condutividade mínima impressa na folha de dados específica do medidor.

Da velocidade à vazão volumétrica

Um medidor magnético não detecta o volume diretamente - ele detecta a velocidade. O transmissor multiplica a velocidade média medida pela área da seção transversal-fixa do furo (Q=v × A) para produzir fluxo volumétrico. É por isso que o parâmetro do diâmetro do tubo dentro do transmissor deve corresponder ao diâmetro real do medidor: um diâmetro incorreto aumenta ou diminui cada leitura pelo quadrado do erro. É também por isso que a leitura do medidor magnético é amplamente independente da densidade e viscosidade do líquido, ao contrário de algumas outras tecnologias.

Como um medidor magnético transforma o movimento do líquido em um sinal de fluxo?

A medição segue uma sequência clara:

• As bobinas no corpo do medidor geram um campo magnético através do tubo de medição e através do líquido.
• À medida que o líquido condutor se move através desse campo, ele induz uma pequena voltagem.
• Eletrodos em lados opostos do tubo captam a tensão. O sinal é minúsculo, portanto, a detecção limpa e um bom aterramento são importantes.
• O transmissor filtra o ruído, compensa a geometria do medidor e converte a tensão em velocidade.
• O transmissor calcula o fluxo volumétrico e o exibe ou transmite - normalmente como 4–20 mA, pulso, frequência, RS485 Modbus ou HART.

Principais componentes de um medidor de vazão magnético

Tubo de medição

A seção pela qual o líquido flui. Em um projeto-de furo completo, o diâmetro interno corresponde ao da tubulação, o que mantém baixa a perda de pressão e evita obstrução mecânica.

Bobinas Magnéticas

Eles geram o campo magnético. A estabilidade desse campo limita diretamente a repetência da medição.

Eletrodos

Os eletrodos leem a tensão induzida e devem permanecer molhados pelo líquido. Se o tubo estiver vazio ou apenas parcialmente cheio, a leitura será interrompida. O material do eletrodo deve ser adequado ao líquido -. O aço inoxidável 316L padrão é adequado para água e a maioria das águas residuais, mas produtos químicos agressivos precisam de ligas como Hastelloy, titânio ou tântalo. Em mídias-propensas a revestimento,manutenção e limpeza de eletrodostornar-se parte do plano operacional.

Forro

O revestimento isola o tubo do líquido e protege o corpo. As escolhas comuns são PTFE, PFA, borracha dura ou macia, poliuretano e neoprene, escolhidos de acordo com o líquido, temperatura, pressão e abrasão. O revestimento errado pode inchar, corroer ou desgastar e reduzir a vida útil do medidor, portantoselecionando o material de revestimento corretoé uma decisão do estágio-de especificação, não uma reflexão tardia.

Transmissor

O transmissor alimenta o sensor, processa o sinal, calcula a vazão e direciona o display e as saídas para um PLC, sistema SCADA ou totalizador. Ele pode ser montado no sensor (compacto) ou remotamente onde vibração, calor, risco de inundação ou acesso deficiente tornam um gabinete separado a melhor opção.

Quais líquidos um medidor de vazão eletromagnético pode medir?

A primeira regra de seleção: um medidor magnético mede apenas líquidos condutores. A tabela abaixo classifica a mídia típica em três grupos.

Condutividade mínima: o que verificar antes de selecionar

"Condutivo o suficiente" é o erro de seleção mais comum, por isso merece seu próprio teste. A condutividade é geralmente cotada em microsiemens por centímetro (µS/cm). A água comum de torneira e de processo normalmente fica na casa das centenas de µS/cm - confortavelmente acima dos poucos µS/cm que um medidor magnético padrão precisa. Água desmineralizada, vapor condensado e água de processo de alta-pureza podem cair o suficiente para exigir um modelo especial de baixa-condutividade ou um medidor totalmente diferente.

Antes de se comprometer com um modelo:

• Encontre a condutividade mínima declarada do medidor na folha de dados - não assuma um padrão do setor.
• Meça ou estime a condutividade do seu líquido na temperatura operacional real, uma vez que a condutividade muda com a temperatura.
• Deixe margem. Os valores limítrofes variam com a diluição, temperatura e mudanças sazonais.
• Se você estiver perto do limite, peça ao fornecedor para confirmar com relação ao seu fluido exato, em vez de adivinhar.

Guia de seleção de liner e eletrodo

O revestimento e os eletrodos são as duas partes em contato constante com o líquido, portanto, proporcionam precisão e vida útil. Os mapeamentos abaixo são uma estrutura inicial - sempre confirmada em relação a um gráfico de compatibilidade-química e à temperatura, pressão, concentração e carga de sólidos reais.

Fatores de instalação que afetam a precisão

Em um medidor magnético saudável, a maioria dos erros de campo remonta à instalação e não ao princípio em si.

Mantenha o tubo cheio

Os eletrodos devem ser umedecidos, portanto instale onde o tubo fique cheio. O fluxo ascendente vertical é frequentemente preferido para líquidos que transportam sólidos ou ar, porque mantém o furo cheio e desencoraja a sedimentação. Evite o ponto mais alto de uma linha, onde o ar se acumula, e evite seções-de drenagem livre para baixo.

Aterre o medidor corretamente

Como o medidor lê uma tensão muito pequena, o aterramento não é opcional - um aterramento deficiente aparece como ruído e uma leitura errante. Dependendo do material do tubo, você pode precisar de anéis de aterramento, eletrodos de aterramento ou tiras de aterramento; tubulações de plástico, revestidas e isoladas quase sempre precisam de atenção extra. Se você só tiver tempo para fazer uma coisa certa em uma instalação problemática, geralmente éacertando o aterramento.

Dê ao medidor um perfil de fluxo estável

Bombas, válvulas de controle, cotovelos e redutores criam redemoinhos e turbulência que distorcem a leitura. Mantenha o medidor longe desses distúrbios e respeite as recomendações do fabricante.requisitos de execução direta-upstream e downstream. Onde o espaço for apertado, escolha a posição que minimiza a turbulência e a entrada de ar em vez daquela que é meramente conveniente.

Erros de instalação a evitar

• Montagem no ponto mais alto da tubagem, onde se formam bolsas de ar.
• Instalação em uma drenagem-para baixo ou livre que deixe o tubo vazio.
• Ignorar anéis de aterramento em tubos plásticos ou revestidos.
• Colocar o medidor imediatamente a jusante de uma bomba ou válvula parcialmente aberta.
• Aceitar um tubo parcialmente cheio e esperar que a leitura se mantenha.

Uma lista de verificação pré{0}}completa está em nossonotas de instalação do medidor de vazão eletromagnético.

Exemplos de Aplicação (Notas de Campo)

O princípio é idêntico em todos os empregos; o que muda é qual detalhe te incomoda. Alguns padrões de instalações reais:

• Linha de águas residuais municipais

• O princípio do medidor raramente é o problema aqui: condições de tubulação - vazia-, entrada de ar após uma bomba e aterramento inadequado são. Um ajuste típico é uma linha DN100 com revestimento de borracha, eletrodos 316L e uma saída de 4–20 mA mais RS485 no SCADA, montada verticalmente com o tubo verificado como cheio.

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• Linha de dosagem química

• A compatibilidade dos materiais domina. Forneça o nome químico, a concentração e a temperatura para que o revestimento (geralmente PTFE/PFA) e os eletrodos (geralmente Hastelloy ou tântalo) possam ser combinados; um padrão “inoxidável” pode falhar em semanas.

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• Água-comestível/CIP

• Conexões sanitárias, acabamento superficial e um revestimento classificado para ciclos de limpeza a quente-no-local são tão importantes quanto a faixa de fluxo.

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• Lama de mineração

• A abrasão é a assassina. A durabilidade do revestimento (o poliuretano é comum) e o desgaste do eletrodo, e não a intensidade do sinal, determinam a vida útil.

Medidor de vazão eletromagnético versus outros medidores de vazão

Medidor Mag vs Ultrassônico para Retrofit

Em projetos de modernização, a escolha geralmente se resume ao acesso e ao tipo de líquido. Uma pinça-no medidor ultrassônico é instalada sem cortar o tubo ou interromper o fluxo, o que é atraente em uma rede elétrica energizada -, mas precisa de um líquido limpo e bem-definido e de um bom tubo para uma leitura confiável. Um medidor magnético requer um carretel e um desligamento para caber, mas evita sólidos e fornece uma leitura mais estável em líquidos de processo sujos ou condutivos. Se o líquido conduz e transporta sólidos, um medidor magnético geralmente ganha em termos de estabilidade-de longo prazo; se você não conseguir quebrar a linha ou o líquido estiver limpo, vale a pena comparar o ultrassom. Abordamos as compensações-com mais detalhes emmedidores de vazão ultrassônicos vs eletromagnéticos.

Como selecionar o medidor de vazão eletromagnético correto?

Quanto mais itens a seguir você puder fornecer, mais a recomendação corresponderá ao seu processo, e não apenas ao tamanho do tubo. Cada item existe porque altera a configuração:

• O nome e a composição do líquido - orientam o material do revestimento e do eletrodo.
• A condutividade mínima - confirma que a tecnologia funciona.
• Tamanho e material do tubo - definem o tamanho do medidor e a abordagem de aterramento.
• O fluxo mínimo, normal e máximo - dimensiona o medidor para a faixa real, não apenas para a linha.
• A temperatura e a pressão - limitam a escolha do revestimento e da junta.
• Sólidos, bolhas, revestimento ou abrasão - afetam o revestimento, os eletrodos e a montagem.
• A precisão exigida - separa uma configuração padrão de uma configuração premium.
• O comprimento de tubo reto disponível - decide se sua posição é aceitável.
• Tipo de conexão - flange, wafer, rosca, braçadeira sanitária ou inserção.
• Sinal de saída - 4–20 mA, pulso, RS485 Modbus, HART ou relé.
• Fonte de alimentação - rede elétrica, baixa-tensão ou bateria.
• Classificação IP do ambiente -, exibição remota, à prova de explosão-ou aprovação sanitária.

Para um passo a passo estruturado, consulte nossas notas nopontos-chave para selecionar um medidor de vazão eletromagnético. Quando estiver pronto, você podeenvie-nos os detalhes da sua candidaturae combinaremos um modelo e configuração com as condições acima.

Solução de problemas: sintoma, causa provável, verifique primeiro

Se você está perseguindo uma falha persistente, nosso guia parafalhas e tratamento comuns do medidor de vazão eletromagnéticopercorre cada caso em ordem.

Perguntas frequentes sobre medidores de vazão eletromagnéticos

Qual é a condutividade mínima para um medidor de vazão eletromagnético?

A maioria dos medidores magnéticos padrão precisa de apenas alguns µS/cm, e a água comum fica bem acima disso. O valor exato é definido pelo modelo, portanto leia a folha de dados e deixe margem se o seu líquido for desmineralizado, condensado ou de outra forma com baixa-condutividade.

De quanto tubo reto um medidor magnético precisa?

Depende da perturbação upstream e do modelo, portanto, siga os requisitos de execução direta-de upstream e downstream declarados pelo fabricante, em vez de uma única regra prática. Mantenha o medidor longe de bombas, válvulas e cotovelos sempre que possível.

Preciso de anéis de aterramento?

Em tubos de metal condutivos, tubos adjacentes sem revestimento podem, às vezes, fornecer o caminho de aterramento. Em tubos de plástico, revestidos ou isolados, você quase sempre precisa de anéis de aterramento ou eletrodos de aterramento para que o líquido seja eletricamente referenciado ao medidor.

Um medidor magnético pode funcionar em um tubo parcialmente cheio?

Um medidor magnético padrão não pode. Os eletrodos devem estar umedecidos e o furo deve estar cheio; o enchimento parcial causa leituras instáveis ​​ou erradas. Linhas parcialmente cheias precisam de um medidor projetado especificamente para essa condição.

Qual liner devo escolher para meu líquido?

Combine o revestimento com a química, temperatura, pressão e abrasão: borracha para água e lama suave, poliuretano para lama abrasiva e PTFE ou PFA para produtos químicos agressivos e tarefas sanitárias. Confirme a escolha final em um gráfico de compatibilidade.

Qual é a diferença entre medidores magnéticos de inserção e em linha?

UmMedidor magnético em linha (furo total-)transporta todo o fluxo e é a escolha padrão e mais precisa. Uminserção-tipo medidor magnéticomede uma velocidade local através de uma sonda; é mais barato caber em tubos grandes, mas geralmente é menos preciso e mais sensível ao perfil do fluxo.

Um medidor de vazão eletromagnético pode medir óleo, gás ou vapor?

Não. A maioria dos óleos não é{1}}condutiva e o gás, o ar e o vapor não conduzem nenhum caminho condutivo. Para esses, observe as tecnologias de turbina, Coriolis, engrenagem oval, vórtice ou ultrassônica, dependendo do fluido.

Um medidor de vazão eletromagnético é bom para águas residuais?

Sim - é uma das escolhas mais comuns, pois não possui partes móveis e tolera líquidos condutores com sólidos em suspensão. A montagem-completa do tubo, o aterramento e o revestimento correto ainda decidem o seu desempenho.

O que afeta a precisão do medidor magnético?

Aterramento, condutividade próxima do limite, tubo parcialmente cheio, revestimento do eletrodo, bolhas de ar, configuração incorreta do diâmetro-do tubo, posição de montagem inadequada e materiais inadequados são os culpados comuns.

Principais conclusões

Um medidor de vazão magnético induz uma voltagem em um líquido condutor em movimento (lei de Faraday), lê-a através de eletrodos e converte a velocidade em vazão volumétrica usando a área de furo conhecida. Para água, águas residuais, lama e muitas soluções químicas, ele é um equipamento independente de baixa-manutenção e densidade--, mas não pode medir gás, vapor, óleo ou líquidos não{4}}condutivos e depende de um tubo cheio, aterramento sólido e revestimento e eletrodos corretos.

Decida a seleção primeiro pelo líquido (condutividade e química), depois pelo tubo e faixa de vazão e, em seguida, pela conexão, saída e ambiente. Leve esses detalhes ao seu fornecedor e a recomendação se ajustará ao processo, não apenas ao diâmetro do tubo.

Escrito e revisado pela equipe de-engenharia de instrumentação de fluxo da FlowT, com base em práticas típicas de instalação e seleção industrial. As especificações de material, precisão, condutividade e saída variam de acordo com o modelo e as condições operacionais - confirmam a folha de dados do produto e sua aplicação.

Referências

• ISO 20456:2017 - Orientação para o uso de medidores de vazão eletromagnéticos para líquidos condutores
• Enciclopédia Britânica - Lei da indução de Faraday
• US Geological Survey - Condutividade (condutância elétrica) e água