Este princípio de funcionamento torna a tecnologia particularmente útil para óleos limpos e outros líquidos viscosos, mas as mesmas folgas internas que tornam possível o deslocamento preciso também criam limites importantes. Viscosidade, contaminação, ar incorporado, desgaste, vazão e queda de pressão podem influenciar o desempenho-no mundo real.
O guia a seguir explica o princípio de funcionamento do medidor de vazão de engrenagem oval, desde o movimento das engrenagens até a saída elétrica, e mostra como esse princípio afeta a precisão, a adequação da aplicação, a instalação e a seleção do medidor.
O que é um medidor de vazão de engrenagem oval?
Um medidor de vazão de engrenagem oval é um instrumento de deslocamento positivo que contém dois rotores ovais dentro de uma câmara usinada. À medida que o líquido entra, a pressão diferencial no medidor faz com que os rotores girem. Bolsas formadas entre os rotores e a parede da câmara transportam volumes discretos da entrada para a saída.
Dependendo do projeto mecânico, os rotores podem interagir diretamente ou utilizar um arranjo de sincronização separado. O princípio essencial da medição é o mesmo: cada movimento completo corresponde a um volume deslocado previsível.
Você pode ver esse tipo de instrumento no sitefaixa de medidor de vazão de engrenageme um específicoconfiguração do medidor de vazão de engrenagem oval.
O mecanismo básico também está documentado no documento da OMEGAmanual técnico do medidor de deslocamento positivo, que descreve rotores ovais transferindo um volume preciso através da câmara de medição durante a rotação.
Como funciona um medidor de vazão de engrenagem oval?
1. Líquido entra na câmara de medição
O líquido do processo entra na entrada do medidor e cria uma diferença de pressão entre os lados a montante e a jusante dos rotores. Essa pressão fornece a força mecânica que gira as engrenagens. Os elementos de medição, portanto, normalmente não precisam de um motor externo.
2. Um volume definido é isolado
À medida que um rotor se afasta da parede da câmara, uma bolsa se abre entre a superfície do rotor e o alojamento. O líquido preenche esse espaço. As folgas internas de precisão restringem o vazamento descontrolado da entrada para a saída, de modo que a maior parte do líquido siga o caminho de deslocamento pretendido.
Esta é a principal diferença entre a medição de deslocamento positivo e as tecnologias inferenciais: o medidor lida repetidamente com um volume fisicamente definido em vez de primeiro medir a velocidade e converter esse valor em fluxo volumétrico.
3. Os rotores transferem o líquido
Os dois rotores continuam girando em sequência sincronizada. O líquido preso na parte externa de cada rotor é transportado em direção à saída enquanto outra câmara é preenchida na entrada.
Um ponto importante é que o número exato de eventos de deslocamento por revolução depende da geometria do medidor. Deve, portanto, provir dos dados de projeto e calibração do fabricante, e não de uma suposição genérica sobre todos os medidores de engrenagens ovais.
4. O volume medido sai do medidor
Quando uma câmara cheia chega ao lado a jusante, seu líquido é descarregado. Outra câmara já está enchendo, então a rotação repetida da engrenagem produz uma transferência quase contínua de volumes líquidos discretos.
5. A rotação se torna um sinal de fluxo utilizável
O movimento mecânico pode acionar um registro local ou ser detectado eletronicamente. Os medidores eletrônicos podem usar efeitos magnéticos,{1}}de Hall ou outros arranjos de detecção para gerar pulsos correspondentes ao movimento do rotor.
Um sinal de pulso pode ser enviado para um display, PLC, controlador de lote outotalizador de fluxo. A eletrônica receptora usa o fator do medidor para converter esses pulsos em volume acumulado e vazão instantânea.
Como o volume total e a vazão são calculados?
A relação subjacente é simples:
Volume total=volume deslocado por ciclo de medição × número de ciclos
A taxa de fluxo adiciona um componente de tempo:
Taxa de fluxo=volume medido ÷ tempo decorrido
Os medidores eletrônicos de engrenagens ovais geralmente expressam essa relação por meio de um fator K-ou fator de medição, geralmente definido como um certo número de pulsos por unidade de engenharia de volume. Um controlador que conta esses pulsos pode totalizar o líquido, enquanto a frequência do pulso indica a rapidez com que o volume está passando pelo medidor.
O fator-K não deve ser tratado como um número universal arbitrário. Pertence ao medidor específico e à sua calibração. Para sistemas de medição onde a precisão é importante, use o fator fornecido ou estabelecido durante a calibração em vez de calcular um apenas a partir das dimensões nominais da engrenagem.
A orientação do NIST sobrecalibração do medidor de fluxo líquidoilustra por que o fator do medidor e sua incerteza fazem parte do resultado completo da medição. Para obter mais conteúdo do site sobre este assunto, consulte o guia paramétodos de calibração e rastreabilidade de medidores de vazão de líquidos.
Por que a viscosidade é importante?
A viscosidade influencia a medição da engrenagem oval de duas maneiras diferentes, e observar apenas uma delas pode levar a uma seleção inadequada do medidor.
Primeiro, algum líquido pode passar através dos pequenos espaços entre os componentes móveis e estacionários sem ser totalmente representado pelo ciclo de deslocamento pretendido. Isso geralmente é descrito como vazamento interno ou escorregamento. Com um líquido muito fino, o vazamento através dessas folgas pode se tornar mais significativo, especialmente em fluxo baixo.
À medida que a viscosidade aumenta, o fluxo através das folgas é geralmente mais restrito. Esta é uma das razões pelas quais os medidores de deslocamento positivo podem funcionar bem com óleos viscosos e líquidos semelhantes.
No entanto, a alta viscosidade também aumenta a resistência ao movimento. Pode ser necessária mais pressão diferencial para girar os rotores e a queda de pressão no medidor pode aumentar. Com uma viscosidade suficientemente elevada, o fluxo máximo utilizável pode ter que ser reduzido.
A orientação da KOBOLD sobremedidores de vazão de deslocamento positivo, por exemplo, observa especificamente que fluidos altamente viscosos podem exigir fluxo máximo reduzido para manter a queda de pressão dentro de uma faixa aceitável.
A lição prática é que a viscosidade nunca deve ser avaliada isoladamente. Verifique juntamente com a vazão, pressão diferencial disponível, temperatura do processo e tamanho do medidor.
Precisão, repetibilidade e deslizamento interno não são a mesma coisa
As especificações do medidor de vazão geralmente usam vários termos que são fáceis de tratar como intercambiáveis.
Precisãodescreve até que ponto o resultado indicado está de acordo com a referência ou valor aceito sob condições especificadas.
Repetibilidadedescreve a consistência com que o instrumento produz o mesmo resultado quando a medição é repetida sob as mesmas condições.
Um medidor pode ser altamente repetível e ainda assim apresentar um erro de medição sistemático. A calibração pode identificar e corrigir parte dessa diferença sistemática, mas não elimina problemas mecânicos, condições operacionais inadequadas ou alterações nas propriedades do processo.
Para um medidor de engrenagens ovais, vários fatores merecem atenção especial.
Baixo fluxo
Em baixa vazão, o vazamento através das folgas internas torna-se maior em relação à quantidade total que passa pelo medidor. Mesmo que o escorregamento absoluto mude muito pouco, a sua percentagem do rendimento medido pode aumentar. Isto ajuda a explicar por que o limite inferior da faixa operacional merece atenção cuidadosa.
As aplicações centradas em pequenas quantidades devem, portanto, ser adaptadas a um medidor dimensionado para a faixa operacional real, e não simplesmente para a conexão do tubo. As páginas do site emmedidores de engrenagens para baixas vazõesfornecer contexto adicional para esse tipo de aplicativo.
Temperatura
A temperatura afeta os materiais do medidor, mas também altera o fluido. Um óleo pode ser consideravelmente mais viscoso durante uma partida a frio do que após o processo atingir a temperatura operacional. O medidor pode, portanto, experimentar diferentes quedas de pressão e comportamento de escorregamento em diferentes pontos do mesmo ciclo de produção.
Vestir
O desgaste nas superfícies do rotor, nos rolamentos ou na câmara de medição pode alterar as folgas internas. Folgas maiores podem alterar as características de vazamento e, eventualmente, alterar o desempenho do medidor. É por isso que o histórico de calibração pode ser útil: uma mudança gradual no fator do medidor pode indicar mais do que um problema eletrônico.
Ar arrastado
Um medidor de engrenagem oval mede o volume que ocupa sua câmara de medição. Se parte dessa câmara contiver gás em vez do líquido pretendido, o rotor ainda poderá se mover e o medidor ainda poderá registrar o volume deslocado. O resultado exibido pode, portanto, não representar mais o volume de líquido que o operador pretendia medir.
Onde os medidores de vazão de engrenagem oval funcionam bem?
As aplicações mais fortes geralmente envolvem líquidos limpos onde a medição volumétrica direta é útil. Exemplos típicos incluem óleo lubrificante, óleo hidráulico, combustível, resina, adesivo, xarope, óleo comestível e produtos químicos de processo compatíveis.
O nome exato do fluido não é suficiente para aprovar uma aplicação. Sua viscosidade na temperatura operacional, limpeza, compatibilidade química, pressão, faixa de vazão esperada e perda de pressão permitida ainda precisam ser verificadas.
A tecnologia de engrenagem oval também é relevante para sistemas de controle de lotes e{0}}processos porque o deslocamento volumétrico repetido produz um sinal que pode ser totalizado ou contado. Mais exemplos-orientados para aplicativos estão disponíveis nas seções do site emmedição de fluxo de engrenagem para controle de processoeaplicações de medidores de vazão de engrenagens industriais.
Quando um medidor de engrenagem oval é uma má escolha?
- Líquidos abrasivos ou{0}com partículas:sólidos podem danificar superfícies internas próximas ou restringir o movimento do rotor.
- Processos com gás arrastado significativo:o gás ocupando parte da câmara de medição pode distorcer o resultado pretendido do volume-de líquido.
- Sistemas com pressão diferencial disponível muito limitada:o deslocamento mecânico cria perda de pressão, especialmente à medida que a viscosidade e o fluxo aumentam.
- Líquidos quimicamente incompatíveis:corpo, rotores, vedações, rolamentos e outros componentes molhados devem ser compatíveis com o meio do processo.
- Aplicações que requerem fluxo de massa direto:um medidor de engrenagem oval mede fundamentalmente o volume em vez da massa.
Engrenagem oval versus outras tecnologias de medidor de vazão
| Tecnologia | Característica de medição | Razão típica para considerar isso |
|---|---|---|
| Engrenagem oval | Medição de volume de deslocamento positivo | Limpe líquidos viscosos, aplicações em lotes e de baixo fluxo- |
| Turbina | Medição-relacionada à velocidade do rotor | Líquidos limpos e de fluxo- relativamente livre, onde as condições de pressão e vazão são adequadas ao medidor |
| Eletromagnético | Medição de velocidade baseada em indução eletromagnética | Líquidos condutores, incluindo muitos processos químicos e de água |
| Coriolis | Medição direta de fluxo de massa | Processos que exigem fluxo de massa, informações de densidade ou alta capacidade de medição em condições de fluidos variáveis |
Estas são distinções gerais, não regras de seleção universais. Os leitores que comparam tecnologias podem revisar o sitemedidores de vazão de turbina, medidores de fluxo eletromagnéticose guia para oPrincípio de funcionamento do medidor de vazão Coriolisantes de escolher um método de medição.
Como selecionar um medidor de vazão de engrenagem oval
Não comece apenas com o diâmetro do tubo. Comece com o processo.
- Identifique o líquido.Registre o meio real e, quando relevante, sua composição ou concentração.
- Determine a viscosidade na temperatura operacional.Se a temperatura mudar substancialmente, forneça a faixa de viscosidade em vez de um único valor-de temperatura ambiente.
- Defina fluxo mínimo, normal e máximo.O dimensionamento em torno da faixa operacional real ajuda a evitar baixo desempenho-de fluxo baixo ou velocidade excessiva do rotor.
- Verifique a pressão e a pressão diferencial disponível.O medidor deve atender à classificação de pressão do sistema sem criar perdas inaceitáveis no processo.
- Confirme os limites de temperatura.Verifique materiais mecânicos e eletrônicos.
- Verifique a compatibilidade-do material molhado.Inclui corpo, rotores, vedações e outros componentes expostos ao fluido.
- Selecione a saída necessária.Decida se o sistema necessita de indicação local, saída de pulso, transmissão analógica, totalização ou integração com um controlador.
- Defina o desempenho de medição necessário.Separe os requisitos reais de precisão das necessidades de repetibilidade ou de monitoramento de processos simples.
Se as condições de aplicação não forem estáveis, defina o pior caso operacional confiável em vez de selecionar o medidor apenas a partir das condições normais.
Práticas de instalação e comissionamento
Mantenha os contaminantes fora da câmara de medição. Um filtro a montante adequado é comumente recomendado quando materiais estranhos podem estar presentes. A documentação da engrenagem oval da OMEGA também alerta que a sujeira pode danificar o mecanismo e recomenda encher lentamente o medidor em vez de submetê-lo a uma purga repentina de ar.
O medidor deve permanecer cheio de líquido durante a medição. Onde o ar puder entrar no processo, aborde a fonte em vez de tratar as leituras instáveis apenas como um problema eletrônico.
Siga a direção do fluxo e os limites operacionais indicados pelo fabricante. Evite operar continuamente acima da faixa de fluxo nominal e considere a pulsação da bomba onde o equipamento a montante produz fluxo fortemente variável.
Após a instalação, verifique a cadeia de sinal, bem como o próprio medidor: saída do sensor, escala de pulso, fator-K, configuração do display e configurações do PLC ou totalizador devem representar as mesmas unidades de engenharia.
Problemas comuns e o que verificar primeiro
| Sintoma | Causas prováveis | Primeiras verificações |
|---|---|---|
| A leitura está abaixo do esperado | Deslizamento interno, desgaste, fator K- incorreto ou operação abaixo da faixa adequada | Verifique a faixa de vazão, viscosidade, fator de calibração e histórico de serviço |
| A leitura é instável | Ar arrastado, fluxo pulsante ou condições de processo instáveis | Inspecione a linha de líquido e compare a instabilidade com a operação da bomba |
| Os rotores param ou o fluxo fica restrito | Contaminação, viscosidade excessiva ou danos internos | Verifique o filtro, a queda de pressão e a liberdade de movimento do rotor de acordo com as instruções de manutenção |
| A queda de pressão aumenta | Filtro bloqueado, contaminação, viscosidade mais alta ou fluxo excessivo | Compare a temperatura, viscosidade e vazão atuais com condições normais de operação |
| O volume exibido está consistentemente errado | Dimensionamento incorreto, fator-K ou mudança de calibração | Verifique a configuração do pulso antes de alterar o medidor mecânico |
Quando a calibração for necessária, use um método de referência documentado e guarde os resultados para que as alterações possam ser comparadas ao longo do tempo. O artigo do site sobrecomo calibrar um medidor de vazãofornece informações adicionais.
Perguntas frequentes
Um medidor de vazão de engrenagem oval é um medidor de deslocamento positivo?
Sim. Ele mede líquidos isolando e transferindo repetidamente volumes definidos através de uma câmara de medição, que é o princípio fundamental do deslocamento positivo.
Um medidor de engrenagem oval mede o fluxo de massa?
Não. Sua principal quantidade medida é o volume. O fluxo de massa requer informações de densidade ou uma tecnologia projetada para medir a massa diretamente.
Por que os medidores de engrenagens ovais são frequentemente usados para óleo?
Muitos óleos são limpos e relativamente viscosos, condições que podem ser adequadas para medições de deslocamento positivo. A escolha final ainda depende da faixa de vazão, viscosidade na temperatura do processo, queda de pressão, materiais e precisão necessária.
A viscosidade afeta a precisão?
Pode afetar o desempenho porque a viscosidade influencia o deslizamento interno e a perda de pressão. Um líquido fino pode vazar mais facilmente através das folgas internas, enquanto um líquido altamente viscoso pode exigir maior pressão diferencial para mover os rotores.
Um medidor de engrenagem oval precisa de tubos longos e retos?
Sua medição não depende do desenvolvimento de um perfil de velocidade da mesma forma que muitos medidores-baseados em velocidade, portanto, os requisitos de-execução direta geralmente são menos exigentes. As instruções de instalação para o modelo específico ainda devem ser seguidas.
Por que um filtro é importante?
O medidor contém elementos móveis e espaços estreitos. Materiais estranhos podem restringir a rotação, acelerar o desgaste ou alterar o desempenho da medição.
Que informações devem ser fornecidas antes de selecionar um medidor?
Forneça o fluido, a viscosidade na temperatura operacional, o fluxo mínimo e máximo, a pressão, a temperatura, os requisitos de conexão, os requisitos do-material umedecido, a saída desejada e a meta de desempenho-da medição.
Conclusão
O princípio de funcionamento do medidor de vazão de engrenagem oval é baseado no deslocamento volumétrico direto. Os rotores isolam repetidamente volumes de líquidos conhecidos, movem-nos através da câmara de medição e convertem a sua rotação numa indicação mecânica ou sinal eletrónico.
Esse mecanismo explica tanto os pontos fortes como os limites da tecnologia. Líquidos limpos e viscosos podem ser adequados para medição de engrenagens ovais, enquanto contaminação, ar aprisionado, perda excessiva de pressão, materiais inadequados e operação fora da faixa de vazão pretendida podem reduzir o desempenho.
Para seleção, concentre-se na condição operacional completa em vez de em uma única especificação. Propriedades do fluido, viscosidade, faixa de vazão, temperatura, pressão, materiais, saída e requisitos de medição devem ser avaliados em conjunto. Quando esses fatores correspondem ao princípio do deslocamento positivo, um medidor de engrenagem oval pode fornecer uma solução prática para medição volumétrica, dosagem e monitoramento de processos.
