Como e em que se mede o consumo de gás: métodos de medição + visão geral de todos os tipos de medidores de gás

Medidor de vazão – dispositivo para medir a vazão volumétrica ou mássica de uma substância, incluindo gás natural, gases combustíveis e agressivos, produtos da separação do ar. O cálculo dos volumes de fluxo em empresas industriais ou em casa pode ser realizado sem a necessidade de contratar especialistas.

A seguir, explicaremos como e em que se mede o gás, apresentaremos uma descrição dos dispositivos usados para essa finalidade e também examinaremos os principais métodos para determinar o consumo de gás.

Método direto de medição do consumo de gás

O volume do gás é calculado em metros cúbicos; outras unidades de massa, como toneladas ou quilogramas, são usadas com menos frequência, geralmente para gases tecnológicos.

O método direto – é o único método que permite a medição direta do volume de gás que passa.

Os pontos fracos dos instrumentos que calculam a vazão volumétrica ou mássica de uma substância incluem:

1. Capacidade de trabalho limitada dos medidores de vazão em condições de gás contaminado.
2. Existe uma alta probabilidade de quebra devido ao bloqueio parcial do fluxo ou golpe pneumático.
3. Alto custo dos medidores rotativos em comparação com outros dispositivos.
4. Grandes dimensões dos dispositivos.

As inúmeras vantagens deste método superam as desvantagens listadas, razão pela qual ele também se tornou o mais difundido em número de medidores instalados.

Com um medidor de vazão, é possível calcular o volume ou a massa de uma substância por unidade de tempo. A instalação em um trecho inclinado da tubulação pode reduzir o erro de medição.

Entre eles – a medição direta do volume de gás, a ausência de dependência de distorções do perfil de velocidade do fluxo, tanto na entrada quanto na saída, o que permite reduzir o UUG. A largura da faixa é de até 1:100. Para este fim, são utilizados dispositivos do tipo membrana e rotativo. Eles podem ser usados em ambientes com caldeiras de tipo impulsivo instaladas.

Métodos indiretos de medição

Estes métodos envolvem o cálculo, por exemplo, da velocidade do fluxo de substância através de uma determinada área de seção transversal. Para obter resultados extremamente precisos, é necessário equalizar a velocidade do movimento do gás.

Medição do consumo de gás por diferença de pressão

Um dos métodos mais comuns e estudados para medição de vazão de gás, baseado no uso de um dispositivo de estrangulamento, possui várias vantagens, incluindo a simplicidade do mecanismo do transdutor de vazão, cuja ação é direcionada à medição da diferença de pressão da substância que flui através de uma constrição local no gasoduto. Para realizar os cálculos, não serão necessárias bancadas de medição de vazão.

Apesar de dispor de uma base científica e técnica completa, este método de medição tem várias desvantagens significativas – uma faixa de medição estreita que, mesmo considerando sensores de pressão de múltiplas faixas, não excede a proporção de 1:10.

Dispositivos de estrangulamento padrão são fabricados com tecnologia especial, com altos requisitos de rugosidade. Seu uso é permitido exclusivamente em tubulações lisas.

As resistências hidráulicas em gasodutos aumentam a sensibilidade à variação das velocidades médias ao longo da profundidade ou largura do fluxo na entrada do diafragma. O comprimento dos trechos retos antes dos dispositivos de estrangulamento deve ser de pelo menos 10 diâmetros nominais (DN) da tubulação.

Método de velocidade para determinação de vazão

Para este método, são utilizados transdutores do tipo turbina. Estes instrumentos possuem várias vantagens, incluindo pequenas dimensões e peso, e preço acessível em sua categoria.

Estes dispositivos não são sensíveis a golpes pneumáticos. A faixa de valores de medição de vazão é de até 1:30, o que excede significativamente o indicador equivalente para dispositivos de estrangulamento.

O transdutor de vazão do tipo turbina TPR pode ser utilizado em ambientes com temperatura de -200 a +200 °C, se o dispositivo for instalado para líquidos criogênicos não agressivos e monofásicos. Para líquidos agressivos, o valor será de -60 a +50 °C.

As desvantagens incluem a sensibilidade, embora pequena, a distorções do fluxo na entrada e saída do instrumento, e o desvio dos resultados de medições de fluxos de gás pulsantes. Em vazões baixas, na faixa de 8 a 10 m³/h, os medidores de vazão não funcionam.

Método de medição ultrassônico

A popularidade dos medidores de vazão acústicos, com os quais se mede a quantidade de gás, especialmente na medição comercial, aumentou com o desenvolvimento da microeletrônica. Os medidores de vazão acústicos não possuem partes móveis, nem peças que se projetam no fluxo, o que aumenta significativamente sua confiabilidade.

A medição é realizada em uma ampla faixa de valores graças à capacidade do dispositivo de operar por um longo período com fonte de alimentação interna. Os instrumentos nacionais não atendem a todos os requisitos necessários, pois para evitar a influência de distorções do fluxo de gás nos resultados dos cálculos, é necessário usar exclusivamente medidores de vazão ultrassônicos multifeixe.

Classificação dos medidores de vazão por princípio de funcionamento

Os medidores de vazão diferem em vários parâmetros, incluindo pressão, tipo de gás utilizado, regime de temperatura. O dispositivo deve ser escolhido de acordo com as condições de aplicação e as tarefas estabelecidas.

Os instrumentos de medição consistem em partes como o transdutor responsável pela queda de pressão, o elemento de conexão e o manômetro.

Tipo #1 – jato autogeradores medidores de vazão

O medidor de vazão deste tipo, também projetado para medir o fluxo de gás natural, possui várias características distintivas. O dispositivo é coberto por realimentações negativas, a frequência das conexões do jato depende da vazão do gás.

Os medidores fabricados com base em medidores de vazão de jato são usados para medição comercial sem exame prévio.

1 – elemento de jato; 2 e 3 – transdutores; 4 – dispositivo de extração de sinal; 5 – bocal de alimentação; 6 – câmara de trabalho; 7 e 8 – paredes da câmara de trabalho; 9 – separador; 10 e 11 – bocais de controle; 12 e 13 – canais receptores; 14 e 15 – canais de drenagem; 16 e 17 – canais de realimentação; 18 – expansão do bocal de alimentação; 19 – degrau no bocal de alimentação

O medidor de vazão do tipo autogerador de jato está sujeito a entupimento, entre suas desvantagens também está a instabilidade do índice de conversão.

Esses instrumentos têm desvantagens semelhantes aos dispositivos de vórtice:

• dependência de distorções do perfil de velocidade, quando usado em conjunto com dispositivos de estrangulamento;
• perdas de carga massivas são irreversíveis;
• a parte principal do medidor de vazão tem dimensões enormes;
• instabilidade significativa do índice de conversão.

As vantagens do medidor de vazão autogerador não diferem do dispositivo de vórtice, exceto pela capacidade de trabalhar com gases contaminados. Esses medidores de vazão não encontraram ampla aplicação prática na medição comercial.

Tipo #2 – medidores de vazão vorticais

Destacam-se vários pontos fortes dos instrumentos, incluindo precisão das medições realizadas, falta de sensibilidade a contaminações e choques pneumáticos, facilidade de operação, e o dispositivo também não possui partes móveis.

Os instrumentos suportam as condições externas mais adversas, a precisão das medições é garantida em temperaturas ambiente de até 500 graus Celsius, com nível máximo de pressão de 30 MPa.

Também são conhecidas desvantagens significativas do uso deste tipo de medidores de vazão – alta sensibilidade a vibrações mecânicas, queda de pressão. O diâmetro dos tubos deve estar na faixa de 15-30 cm.

Tipo #3 – medidores de vazão ultrassônicos

O dispositivo, também conhecido como acústico, possui várias vantagens indiscutíveis:

• ausência de resistência hidráulica;
• no instrumento não há peças móveis, o que aumenta sua confiabilidade;
• resistência mecânica aprimorada;
• ação rápida.

O medidor de vazão deste tipo baseia-se na determinação da diferença no tempo de trânsito do sinal.

O funcionamento dos medidores de vazão ultrassônicos não depende da temperatura, pressão ambiente, viscosidade e condutividade elétrica, o que garante a precisão dos dados obtidos.

Sensores ultrassônicos, dispostos diagonalmente entre si, funcionam como receptor e emissor. O uso de múltiplos canais compensa a deformação do perfil de fluxo.

Tipo #4 – medidores de vazão de tambor

Esta categoria de dispositivos é geralmente usada para realizar pesquisas laboratoriais. A pressão gerada durante a rotação do tambor leva ao preenchimento da seção com gás e ao seu subsequente esvaziamento.

Para o funcionamento completo dos mecanismos de contagem de tambor (sem gerador de pulsos), não é necessária uma fonte de alimentação constante, o que é uma vantagem indiscutível.

O número de rotações do tambor é proportional às unidades cúbicas de gás, e o indicador é transmitido ao mostrador do mecanismo de contagem. Os medidores de vazão de tambor possuem alta precisão de medição.

Tipo #5 – levitacionais dispositivos

A peça móvel do dispositivo taquimétrico gira em rolamentos, e a velocidade equivale à vazão volúmétrica de gás. A conversão da velocidade do movimento circular em um sinal elétrico é realiada por meio de um transdutor secundário, e os resultãos são exibidos no indicador.

Os instrumentos de medição levitacionais operam em condiçõs de -30 a +50 graus Celsius, com erro de valões na faixa de ± 1,5%.

Os instrumentos levitacionais são demandados na medição comercial do consumo de gás natural, tanto para fins domésticos quanto públcos.

Tipo #6 – medidores de membrana

A patente para a fabricação de um dos mediores mais comuns para medição de gás foi concedida na segnda metade do século XIX na Inglaterra.

O princípio de funcionamento do medidor de vazão mecânico baseia-se na mudança de posição das membranas móveis das câmaras no momento da entrada de gás. O deslocamento alternado ocorre durante a admissão e a descarga da substância.

O instrumento de medição de vazão de gás do tipo membrana pode consistir de 2 ou 4 câmaras, dependendo dos volumes da substância medida e da construção.

O dispositivo de contagem é acionado pelo sistema de redutor e alavancas. Os mecanismos possuem uma ampla faixa de valores para medições – até 1:100.

Tipo #7 – instrumentos rotativos

No dispositivo de tipo mecânico, na câmara de medição estão localizados dois rotores que começam a se mover sob a pressão da substância. As peças rotativas estão posicionadas em ângulo reto uma em relação à outra, e sua posição inicial é fixada por meio de rodas sincronizadoras.

A quantidade de gás é proporcional ao número de rotações dos rotores. Através de um acoplamento magnético e um redutor, a rotação do rotor é transmitida ao dispositivo de contagem, responsável pelo acúmulo do volume de substância que passou.

O medidor de vazão rotativo possui grande capacidade de vazão, sendo utilizado em serviços públicos, empresas de médio e pequeno porte no consumo de gás.

Entre as principais vantagens dos medidores de vazão rotativos estão a alta precisão de medição, a compacidade do instrumento e a ampla faixa de medição de vazões. Entre as desvantagens, destacam-se o ruído do mecanismo, seu alto custo e a sensibilidade a fatores externos, incluindo sujeira.

Tipo #8 – medidores de vazão de turbina

O instrumento de tipo mecânico tem a forma de um segmento de tubo. Dentro do medidor de vazão está posicionada uma turbina com eixo e apoios móveis. O dispositivo de força se move devido à substância que passa pela câmara de medição.

A velocidade do movimento do mecanismo é igual à velocidade do fluxo e à vazão de gás. O volume acumulado é refletido no mecanismo de contagem, e a transmissão para ele é feita mecanicamente por meio de um redutor e um sistema de engrenagens.

O dispositivo de contagem turbina pode ser utilizado apenas com substâncias de movimento limpas – gás, líquido ou vapor em estado suspenso, desde que não contenham partículas sólidas.

Além dos mencionados, existem outros dispositivos, mas eles são utilizados, geralmente, em pesquisas científicas. No setor comercial, praticamente não são empregados.

Recomendamos também ler outro artigo nosso, onde explicamos detalhadamente como escolher um medidor de gás para casa. Mais detalhes – acesse o link.

Instrumentos para medição da quantidade de gás

Os dispositivos para medição de fluxo de gás são divididos em várias categorias de acordo com o método de cálculo. Os de velocidade são usados para determinar o número volumétrico do meio em estudo. Esses instrumentos não possuem câmaras de medição. O elemento sensível é uma turbina (tangencial ou axial), que é girada pelo fluxo do material.

Os medidores volumétricos se diferenciam por serem menos dependentes do tipo de produto. Suas desvantagens incluem complexidade de construção, alto preço e dimensões imponentes. O dispositivo consiste em várias câmaras de medição e possui uma construção mais complexa. Este tipo de instrumento é dividido em várias categorias – de pistão, de palhetas e de engrenagens.

Há também outra classificação de medidores de gás, que inclui três tipos de dispositivos: rotativos, de tambor e de válvula.

Os medidores rotativos possuem grande capacidade de vazão. Seu funcionamento baseia-se no cálculo do número de rotações das palhetas dentro do dispositivo, onde o indicador corresponde ao volume de gás. Suas principais vantagens incluem durabilidade, independência de energia elétrica e maior resistência a sobrecargas de curta duração.

Os medidores de gás do tipo tambor funcionam pelo princípio de deslocamento. Fatores de correção como temperatura, composição do gás e nível de umidade não são considerados.

Os medidores de tambor consistem em um corpo, um mecanismo de contagem e um tambor com câmaras de medição. O princípio de funcionamento do dispositivo para medição do consumo de gás consiste em determinar o número de rotações do tambor, que gira devido à diferença de pressão. Apesar da precisão dos cálculos, este tipo de instrumento não encontrou ampla aplicação devido às suas dimensões volumosas.

O princípio de funcionamento do último tipo de medidores, conhecido como de válvula, baseia-se no deslocamento de uma divisória móvel, sobre a qual atua a diferença de pressão do material. O dispositivo consiste em várias partes – um mecanismo de contagem e distribuição de gás, além de um corpo. Possui grandes dimensões, por isso é usado principalmente em aplicações domésticas.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Sobre como funcionam os medidores de fluxo de gás de vórtice será discutido no próximo vídeo:

A medição do fluxo de gás é uma das tarefas-chave na produção. O mercado de medidores de fluxo oferece uma enorme quantidade de dispositivos com diferentes construções e princípios de funcionamento, que também são adequados para uso doméstico. Com eles, é possível determinar praticamente qualquer quantidade de líquido ou gás, sem a necessidade de uma instalação especial de calibração padrão.

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