Medidor de fluxo de massa térmica

Projeto de tubo aquecido
Os medidores de vazão de tubo aquecido foram desenvolvidos para proteger o aquecedor e os elementos do sensor contra corrosão e quaisquer efeitos de revestimento do processo. Ao montar os sensores externamente à tubulação, os elementos sensores respondem mais lentamente e a relação entre o fluxo de massa e as diferenças de temperatura torna-se não linear. Esta não linearidade resulta do fato de que o calor introduzido é distribuído por alguma porção da superfície do tubo e transferido para o fluido do processo em diferentes taxas ao longo do comprimento do tubo.

A temperatura da parede do tubo é mais alta perto do aquecedor, enquanto, a alguma distância, não há diferença entre a temperatura da parede e do fluido. Portanto, a temperatura do fluido não aquecido (Tf) pode ser detectada medindo a temperatura da parede neste local mais distante do aquecedor. Este processo de transferência de calor não é linear e a equação correspondente difere da equação acima como segue: m0.8=Kq/(Cp(Tw – Tf)).

Este medidor de vazão possui dois modos de operação: um mede a vazão mássica mantendo a entrada de energia elétrica constante e detectando o aumento de temperatura. O outro modo mantém constante a diferença de temperatura e mede a quantidade de eletricidade necessária para mantê-la. Este segundo modo de operação proporciona uma rangeabilidade do medidor muito maior.

Design tipo bypass
A versão bypass do medidor de vazão mássica térmica foi desenvolvida para medir vazões maiores. Ele consiste em um tubo capilar de parede fina (aproximadamente 0 0,125 de diâmetro) e dois detectores de temperatura de resistência de autoaquecimento (RTDs) enrolados externamente que aquecem o tubo e medem o aumento de temperatura resultante. O sensor é colocado em um bypass em torno de uma restrição no tubo principal e é dimensionado para operar na região de fluxo laminar em toda a sua faixa operacional.

Quando não há fluxo, os aquecedores aumentam a temperatura do tubo de derivação para aproximadamente 160 graus F acima da temperatura ambiente. Sob esta condição, existe uma distribuição simétrica de temperatura ao longo do comprimento do tubo. Quando o fluxo ocorre, as moléculas do gás carregam o calor a jusante e o perfil de temperatura é deslocado na direção do fluxo. Uma ponte de Wheatstone conectada aos terminais do sensor converte o sinal elétrico em uma taxa de fluxo de massa proporcional à mudança de temperatura.

O pequeno tamanho do tubo bypass permite minimizar o consumo de energia elétrica e aumentar a velocidade de resposta da medição. Por outro lado, devido ao pequeno tamanho, são necessários filtros para evitar entupimentos. Uma limitação séria é a alta queda de pressão (até 45 psi) necessária para desenvolver o fluxo laminar. Isto normalmente é aceitável apenas para aplicações de gás de alta pressão onde a pressão precisa ser reduzida em qualquer caso.

Este é um medidor de vazão de baixa precisão (2% da escala completa), baixa manutenção e baixo custo. Pacotes eletrônicos dentro das unidades permitem aquisição de dados, registro de gráficos e interface com computador. Esses dispositivos são populares na indústria de processamento de semicondutores. As unidades modernas também estão disponíveis como circuitos de controle completos, incluindo um controlador e uma válvula de controle automático.

Sondas de velocidade do ar
Sensores de fluxo de massa tipo sonda são usados ​​para medir fluxos de ar e são insensíveis à presença de quantidades moderadas de poeira. Eles mantêm um diferencial de temperatura entre dois RTDs montados no tubo do sensor. O sensor superior mede a temperatura ambiente do gás e mantém continuamente o segundo RTD (perto da ponta da sonda) a 60 graus F acima do ambiente. Quanto maior a velocidade do gás, mais corrente é necessária para manter o diferencial de temperatura.

Outra versão da sonda de velocidade é o medidor de vazão mássica térmica do tipo Venturi, que coloca um sensor de vazão mássica aquecido no diâmetro mínimo de um elemento de vazão Venturi e uma sonda de compensação de temperatura a jusante. Uma tela de entrada mistura o fluxo para uniformizar a temperatura. Este projeto é usado para medição de gases e líquidos (incluindo polpas), com faixa de vazão em função do tamanho do Venturi. A queda de pressão é relativamente baixa e a precisão depende de encontrar a profundidade adequada de inserção da sonda.

Também está disponível uma versão de fluxostato que contém dois sensores de temperatura na ponta. Um dos sensores é aquecido e a diferença de temperatura é uma medida de velocidade. O interruptor pode ser usado para detectar fluxo alto ou baixo dentro de 5%.