Muitas pessoas sentem muito frio com apenas uma pequena corrente de ar. O princípio de medição de vazão termal baseia-se no fato de que o calor é retirado de um corpo aquecido quando um fluido passa por ele.
Um medidor termal de vazão mássica contém dois sensores de temperatura PT100 para esse fim. Um sensor mede a temperatura atual do fluido como referência. O segundo sensor é aquecido e tem um diferencial de temperatura constante relativo ao primeiro sensor em "vazão zero" Assim que o fluido começa a passar no tubo de medição, o sensor de temperatura aquecido esfria por causa da vazão do fluido – quanto maior a velocidade da vazão, maior o efeito de resfriamento. A corrente elétrica necessária para manter o diferencial de temperatura é uma medição direta da vazão mássica.
Assista ao vídeo para saber como funciona o princípio de medição de vazão termal e leia mais sobre ele aqui!
Visão geral das vantagens dos medidores de vazão termais
- Multivariáveis – medição direta e exibição da vazão mássica e temperatura do fluido
- Não é necessário compensar a pressão ou a temperatura
- Alta rangeabilidade (máx. de até 1000:1)
- Excelente sensibilidade na extremidade baixa
- Reação rápida para flutuações em vazão
- Perda de pressão desprezível
- Livre de manutenção, sem partes móveis
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Os mais diversos gases são transportados e distribuídos em sistemas de dutos todos os dias. Isso pode incluir ar na indústria de água, esgoto e águas residuais, dióxido de carbono em alimentos e bebidas, nitrogênio e oxigênio em produtos farmacêuticos ou gás natural para caldeiras e queimadores.
Os gases que fluem pelos dutos geralmente têm propriedades diferentes causadas por condições do processo variáveis. Portanto, são necessários diferentes princípios de operação para sua medição. Um desses princípios é a medição de vazão com base no princípio termal.
A física básica desse princípio remonta ao físico canadense Louis Vessot King. Em 1914, ele descreveu matematicamente o transporte de calor em fluxos.
Esse método de medição funciona da seguinte maneira.
Dentro dos medidores de vazão termais há dois sensores de temperatura que se projetam para dentro do tubo de medição. Eles são conhecidos como sensores de temperatura de resistência Pt100.
Um desses sensores de temperatura mede a temperatura real do gás como referência, independentemente da velocidade da vazão.
O segundo sensor de temperatura é aquecido constantemente através da energia elétrica, de modo que uma diferença de temperatura predefinida seja mantida entre os dois sensores - por exemplo, 10 graus.
Se não houver vazão, a temperatura diferencial entre os dois sensores não se altera.
Assim que o fluido começa a fluir no tubo de medição, o calor é extraído do sensor de temperatura aquecido por meio do gás que passa por ele. O calor é então levado pelo fluxo.
O efeito de resfriamento correspondente é medido e compensado imediatamente com a adição de mais corrente de aquecimento. Como resultado, a diferença de temperatura alvo é mantida continuamente.
A corrente de aquecimento necessária para manter a diferença de temperatura é proporcional ao efeito de resfriamento e, portanto, é uma medida direta da vazão mássica no tubo.
Quanto maior for a velocidade da vazão e, portanto, o resfriamento adicional do sensor aquecido, maior será a corrente de aquecimento necessária.
Uma adaptação alternativa do princípio mantém a corrente do aquecedor em um valor constante e, em seguida, mede a alteração no diferencial de temperatura.
Mas como o calor é realmente transferido do sensor de temperatura aquecido para o gás que passa por ele?
Essa sequência mostra que o calor é transferido pelas próprias moléculas de gás. Quando o gás passa pelo sensor, as moléculas absorvem pequenos blocos de calor e os carregam junto com o fluxo. Quanto mais rápido o gás flui, mais frequentemente ele absorve o calor.
A transferência de calor também depende da densidade do gás, pois em uma pressão mais alta — ou em uma temperatura mais baixa — há mais moléculas de gás na tubulação. O maior número de moléculas resulta em mais contato com o sensor aquecido, o que significa maior resfriamento e, portanto, maior quantidade de corrente de aquecimento.
E, por fim, a transferência de calor também é afetada pelas propriedades térmicas do gás. Por exemplo, com a mesma vazão mássica, a alta condutividade térmica do hidrogênio (mostrada aqui em verde) causa um resfriamento 100 vezes maior do que com o ar. Para uma medição precisa, portanto, é importante que as propriedades específicas do gás sejam conhecidas e consistentes.
A medição de vazão usando o princípio termal também é possível em tubos e dutos grandes. Existem tipos de medidores projetados especialmente para essas aplicações. Eles podem ser inseridos diretamente no tubo através de uma conexão de processo padrão. É importante que a profundidade de inclusão necessária seja respeitada para que a medição seja realizada no ponto correto.
Por esse motivo, é essencial programar o diâmetro interno real do tubo em todos os medidores de inclusão. A inserção correta também se aplica a dutos retangulares e quadrados, geralmente encontrados em sistemas de circulação de ar de fábricas ou edifícios.
Com os medidores termais de vazão mássica da Endress+Hauser, muitos gases e misturas de gases diferentes podem ser medidos com precisão, mesmo em baixas pressões de processo e baixas velocidades de vazão.
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