Diâmetro de tubulação, fluido a ser medido, rangeabilidade, exatidão, facilidade de manutenção e preço são fatores que pesam na hora de especificar o medidor ideal para a sua aplicação nos diversos setores da indústria.

Para direcionar a escolha do medidor de vazão apropriado, o especialista no assunto, Gérard Delmée – formado pelo Conservatoire National des Arts et Métiers de Paris e com 26 anos de experiência na área da instrumentação Industrial – sugere cinco etapas fundamentais para começo de conversa, ou melhor, de aplicação.

No passo-a-passo da difícil tarefa de especificar um medidor de vazão na elaboração de uma planta, a primeira etapa seria conhecer as condições gerais – da linha, do fluido (pressão, temperatura etc), e problemas do processo (trecho reto, espaço, vibrações).
Em segundo momento, também é crucial conhecer a aplicação pela importância da medição (controle de processo, contabilidade interna, transferência de custódia, medição fiscal) rangeabilidade necessária, classe de precisão, leitura em massa ou em volume, medição contínua ou em bateladas.

Saber a disponibilidade do mercado, nacional ou importado (presença no Brasil de representantes, quais serviços podem ser obtidos) compõe a terceira etapa.

A seguinte etapa estabelece o valor dado ao contato direto com o fabricante ou representante, solicitar dados técnicos, além dos contidos em folders comerciais.
O último, mas não o menos importante, atém-se a relação de custo-benefício daquela especificação.

“O que torna um medidor mais indicado para uma determinada indústria é o tipo de fluído utilizado para a elaboração do produto. Não podemos esquecer que, além dos fluídos que irão compor o produto, existem as utilidades (ar, água, vapor) que podem adotar outros medidores (pressão diferencial, vórtex)”. Sinteticamente, Delmée guia a escala da aplicação da seguinte forma: indústria de papel e celulose utiliza o eletromagnético; alimentos e bebidas usa, na maioria das vezes, também o eletromagnético e o Coriolis; em saneamento é comum encontrar o eletromagnético e os ultra-sônicos; na área farmacêutica é o Coriolis, e em petróleo e gás são encontrados os medidores tipo turbina e ultra-sônicos.

Medidores mais comuns

Todos os medidores que existiam no século passado continuam sendo fabricados, entretanto os mais difundidos são os que funcionam a partir de pressão diferencial, segundo o engenheiro, que cita as placas de orifício, os tubos de Venturi, os bocais de vazão. “Existem outros que foram desenvolvidos para atender a situações específicas como o aerofólio para dutos retangulares, o V-cone e a placa anular para instalação em trechos retos curtos, a placa excêntrica e a segmental para líquidos com presença de condensados, o orifício quadrante, o de entrada cônica e a cunha segmental para escoamentos laminares, etc.” As sondas chamadas Pitot de média, muito usadas na indústria, são incluídas neste grupo de medidores por pressão diferencial.

De acordo com estimativas do mercado recente mundial, a distribuição dos principais medidores usados na indústria em dutos fechados tem maior proporção por conta dos medidores por pressão diferencial, segundo gráfico de pesquisa de mercado elaborado por Delmée. “Apesar de serem os mais antigos em termos de tecnologia, esses medidores conseguem conviver mercadologicamente com instrumentos que foram desenvolvidos no fim da década passada”, avalia o especialista. O gráfico mostra que o tipo é utilizado em todas as indústrias e para aplicações das mais diversas. “Inclusive, o medidor baseado em placa de orifício com o trecho adjacente é um dos utilizados em medição de gás natural para transferência de custódia e medição fiscal – são aplicações sofisticadas e de alta responsabilidade. O principal inconveniente é precisar de longos trechos retos”, atenta o especialista.

Medidor de vazão baseado em placa de orifício, com o trecho reto associado

A aplicação de cada tipo de medidor

Os medidores eletromagnéticos são também muito utilizados no mercado em geral. “Eles funcionam independentes da viscosidade do produto e do número de Reynolds do escoamento, característica que os torna ideais para medir polpa de papel, massas de determinados produtos alimentícios em que a viscosidade é completamente diferente dos produtos convencionais como água, vapor e outras utilidades”. Entretanto, apresentam o inconveniente de somente poderem ser usados com líquidos condutores de eletricidade: não servem para derivados de petróleo, por exemplo.

Funcionamento do medidor eletromagnético

Não dá para estabelecer uma média de custo de um medidor, segundo Delmée. “Estabelecer um valor é impossível, porque depende do diâmetro da tubulação. Não é como um medidor não-intrusivo que, por ser aplicado externamente: não depende do diâmetro da linha. Também depende dos materiais empregados (para ácidos, os eletrodos são de platina).”

Sua aplicação principal é na indústria de papel e celulose, mas também é utilizado em saneamento, e nas indústrias químicas e alimentícias.

Uma outra categoria seria formada pelos medidores mássicos a efeito Coriolis. São de tecnologia mais recente – foram criados na segunda metade do século passado. “São muito precisos e têm aplicação principal na indústria química e alimentícia, mas também podem ser usados nas indústrias do petróleo e petroquímicas”, cita Delmée. A grande vantagem apontada pelo especialista é que o medidor a efeito Coriolis capta a vazão em massa e não em volume, ao passo que os outros instrumentos para medir a vazão em massa têm que primeiro medir a vazão em volume, e depois multiplicar pela densidade para ter a vazão em massa. Por isso, justifica-se que o efeito Coriolis é mais preciso, pela forma mais direta que ele realiza esta medição. Como outro ponto positivo reconhecido, é que o medidor torna-se ideal para a fabricação de produtos que tenham a composição de fabricação dada em massa, como por exemplo, para respeitar as receitas na fabricação de produtos alimentícios.

Medidor mássico a efeito Coriolis

Para Delmée vale lembrar que a principal limitação deste tipo de medidor é a impossibilidade de fazê-lo vibrar tubos de diâmetro elevado. Ele não poderia ser utilizado para oleodutos, por exemplo. O medidor a efeito Coriolis é usado principalmente para líquidos, mas é o princípio escolhido para medir a vazão nos dispensers para o abastecimento dos veículos a gás.

Os tipos turbinas são muito utilizados na indústria do petróleo e nas petroquímicas. Existem realizações diferentes de turbinas para líquidos e para gases. Para líquidos, a forma do rotor poderá depender da viscosidade do produto medido e não se prevê sistema de lubrificação para o sistema de rotação. Para gases, o medidor poderá ser provido de um sistema de lubrificação. “Estes medidores são geralmente precisos e podem ter uma rangeabilidade elevada, no caso de líquidos. No caso de gases, a rangeabilidade elevada pode ser conseguida com sistemas de rolamento mais elaborado e, principalmente, com um sensor de rotações que deixe o rotor girar o mais livremente possível, em baixas rotações”, alerta o engenheiro. O principal problema identificado das turbinas é que o giro constante do rotor torna o sistema de rolamento sujeito a desgaste. “A livre rotação do rotor pode ser afetada por impurezas e a medição pode ser prejudicada. Daí a necessidade de recalibrações constantes, um problema para o usuário.”

Medidor tipo turbina

O medidor a ultra-som é um dos mais recentemente desenvolvidos. É o único que apresenta a vantagem, considerada extraordinária pelo consultor, de poder permitir que a medição da vazão possa ser realizada sem necessidade de fazer um furo na linha de processo. “É a medição realmente não-intrusiva. Convém salientar que nem sempre é possível usar esta vantagem, pois linhas revestidas internamente ou com incrustação não podem ser medidas desta forma, entre outras limitações”. Por esta e outras razões é que existem também medidores ultra-sônicos intrusivos em que os transdutores estão diretamente em contato com o fluido a ser medido. Assim mesmo, não apresentando obstáculos para o escoamento, não há perda de carga, o que é outra grande vantagem. Os medidores ultra-sônicos começam a ser usados em muitas aplicações. É possível conseguir ótimas exatidões aumentando o número de pares de transdutores. “As limitações são poucas, principalmente relacionadas à temperatura que podem suportar os transdutores, em torno de 200oC. Acessórios especiais podem permitir o uso em temperaturas mais elevadas. Entre as tecnologias de utilização do ultra-som, o efeito Doppler e o tempo de trânsito são os mais usados, sendo o segundo o mais preciso”, completa Delmée.

Medidor ultra-sônico

O medidor tipo Vórtex foi desenvolvido na segunda metade do século passado e aproveita um princípio da natureza: um obstáculo colocado numa corrente de ar ou de água provoca o aparecimento de turbilhões ou vórtices, que se formam alternadamente de cada lado e são levados pela corrente. Na natureza, isto tem geralmente conseqüências dramáticas – como o que aconteceu em 1940, na ponte pênsil de Tacoma Narrows, nos USA, quando o vento provocou esses vórtices. A freqüência desses vórtices combinou com a freqüência natural da estrutura e a ponte foi destruída em poucos instantes. Usando o fenômeno de forma científica, pesquisadores tiveram a idéia de desenvolver um medidor de vazão colocando uma barra geradora de vórtices e medir a freqüência com que eles aparecem. O medidor tipo vórtex é muito usado na indústria, principalmente para medir as utilidades (água, ar comprimido, vapor).

Medidor tipo Vórtex

Fronteiras tecnológicas dos medidores

“Não vejo a possibilidade de que a aplicação de um princípio de funcionamento se torne obsoleta”, diz Gérard Delmée. Os pesquisadores desenvolvem constantemente variações dos mesmos princípios com novas tecnologias, dando nova vida a medidores que existem há muitos anos. Entre os casos mais conhecidos temos a seguinte evolução: para os medidores por pressão diferencial, o surgimento de transmissores inteligentes e de computadores de vazão transformou a placa de orifício de um elemento primário de precisão modesta e rangeabilidade menos que sofrível em medidor que pode ser usado para medição fiscal de gás natural, no mesmo nível que um medidor ultra-sônico. No caso das turbinas para gás, cujo maior problema é a necessidade de calibrações freqüentes, são agora dotadas de um segundo rotor que permite, entre outras vantagens, fazer um auto-diagnóstico revelando uma eventual mudança no fator de calibração e evitando que seja feita a recalibração sem necessidade. Mesmo para os medidores de tecnologia recente, os ultra-sônicos para gás, podem ser dotados de acessórios que permitem auto diagnóstico e são feitos muitos trabalhos com a finalidade de comprovar que a calibração completa dinâmica não é necessária, sendo suficiente a calibração em zero.

“A tendência é que o medidor ultra-sônico se torne o mais vendido dos medidores. É o único que pode ter um status quase igual ao da placa de orifício que dispensa a calibração dinâmica.”