Princípio de medição de vazão eletromagnética

Medidores de vazão eletromagnéticos, também conhecidos como medidores de vazão magnéticos, existem desde 1939. O clérigo e inventor suíço Padre Bonaventura Thürlemann (1909 – 1997) foi o pioneiro na utilização industrial desse princípio de medição.

O fenômeno físico no qual a técnica se baseia, no entanto, é conhecido há muito mais tempo. O físico inglês Michael Faraday (1791 – 1867) percebeu que cargas elétricas são induzidas em uma haste metálica condutora de comprimento (L) movida a uma velocidade (v) por um campo magnético (B) e, consequentemente, uma tensão (U_e) de alguns milivolts é gerada entre as extremidades da haste. Faraday também descobriu que a magnitude da tensão induzida dessa forma é diretamente proporcional à velocidade (v) do movimento e à intensidade (B) do campo magnético:

Em um medidor de vazão eletromagnético (Fig. 1), o fluido condutor que flui dentro do tubo de medição corresponde à haste metálica no experimento de Faraday. O campo magnético de força constante é gerado por duas bobinas, uma em cada lado do tubo de medição. Dois eletrodos na parede interna do tubo detectam a tensão gerada à medida que o fluido flui por esse campo. O tubo de medição é isolado eletricamente do fluido e do eletrodo com um revestimento não condutor (por ex., poliuretano, borracha dura, PTFE, poliamida PFA, etc.). Dado um campo magnético de força constante (B), a equação U_e = B ⋅ L ⋅ v mostra que a tensão de medição induzida (U_e) é diretamente proporcional à velocidade da vazão (v). A seção transversal do tubo (A) é conhecida, portanto, a vazão volumétrica (Q_V) é facilmente calculada:

A principal vantagem desse princípio de medição é que ele não é afetado pela pressão, temperatura e viscosidade. O perfil da vazão tem um efeito mínimo sobre os resultados da medição. Essas são propriedades que tornam os medidores de vazão eletromagnéticos extremamente atrativos para uma ampla variedade de aplicações industriais de medição.

Tubo de medição (a):
Em termos físicos, é importante que o tubo de medição não obstrua nem distorça o campo magnético, portanto, ele é feito de aço inoxidável.

Revestimento (b):
O revestimento é o isolante necessário entre os eletrodos e o tubo de medição, impedindo que a tensão induzida seja descarregada no tubo. A resistência física e química ao fluido também é uma propriedade importante do revestimento. Poliuretano, borracha dura e PFA/PTFE estão entre os materiais mais comumente usados.

Sistema de bobinas (c):
O campo magnético é gerado por duas bobinas de fio de cobre com núcleos magnéticos instaladas fora do tubo de medição.

Eletrodos (d₁–d₃):

• Eletrodos de medição (d₁) para detectar a tensão induzida. As condições do processo determinam o material do eletrodo, que pode ser aço inoxidável, hastelloy, tântalo ou platina.
• Eletrodo de referência ou de aterramento (d₂) para equalização de potencial entre o medidor e o fluido. Discos de aterramento separados (anéis) podem ser instalados para a mesma finalidade.
• Eletrodo de detecção de tubo vazio (d₃) para detectar tubos de medição parcialmente cheios ou vazios. O transmissor dispara um alarme se o fluido deixar de molhar esse eletrodo.

O uso de uma corrente contínua (CC) pulsada é uma forma moderna e comprovada de gerar o campo magnético. Ela gera o que é conhecido como “campo CC pulsado”. A polaridade do campo magnético é periodicamente invertida, o que faz com que as tensões de medição consecutivas (U₊, U_–) nos eletrodos tenham sinais opostos (consulte a Fig. 4). A diferença obtida dos dois valores medidos corresponde à tensão induzida (U_flow):

Dessa forma, as tensões de interferência são eliminadas do cálculo. A tensão medida resultante, que corresponde à velocidade média da vazão, é convertida em um sinal de vazão volumétrica pelos componentes eletrônicos e disponibilizada como sinais de saída padronizados (por ex., saída de corrente de 4-20 mA).