Medidores Eletromagneticos

Medidor de vazão

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Medidores de vazão ou medidores de fluxo são equipamentos cuja finalidade é obter a medida de um fluxo ou de uma vazão de matéria. Medidas de fluxo podem ser feitas das mais diversas maneiras, utilizando os mais variados princípios físicos.

Unidades de medida[editar | editar código-fonte]

O fluxo de gases e líquidos costuma ser expresso em unidades de fluxo volumétrico ou de fluxo mássico, tais como litros por segundo ou quilogramas por segundo. Entretanto várias outras unidades de medida são utilizadas, como a vazão molar (geralmente usada para gases)1 , a taxa de fluxo de energia (geralmente usada para combustíveis, baseia-se na quantidade de energia que pode ser extraída por unidade de volume), etc.

Devido a grande compressibilidade dos gases, vale a pena salientar que o volume dos gases é altamente dependente dos parâmetros temperatura e pressão, fato esse que pode, dependendo das unidades escolhidas, mudar o valor do fluxo. Os fluxos mássico e molar de um gás podem, entretanto, ser medido diretamente , independente da pressão e dos efeitos da temperatura

Medidores Eletromagnéticos de Fluxo[editar | editar código-fonte]

[pic 1]

Esquema simplificado de um medidor eletromagnético de fluxo

A invenção dos medidores eletromagnéticos de fluxo é atribuída a Bonaventura Thürlemann (1909–1997), padre beneditino e professor de matemática e física na escola do mosteiro de Engelberg (Suiça). Ele publicou, em 1941, um trabalho intitulado "Methode Zur Elektrischen Geschwindigkeitsmessung Von Flüssigkeiten" (em português, Método Elétrico para a Medição da Velocidade em Líquidos).

Com base em suas experiências com os fluxos laminar e turbulento, ele foi capaz de demonstrar que a velocidade média do fluxo em um tubo pode ser determinada medindo a diferença de potencial elétrico entre dois pontos de fronteira em um tubo sem que seja necessário saber a distribuição de velocidades no tubo.

O Padre Thürlemann nunca patenteou sua invenção. A primeira vez que ele falou em público sobre sua invenção foi na inauguração da unidade de produção de medidores eletromagnéticos de fluxo da empresa suiça Endress+Hauser2 .

[pic 2]

Comportamento observado quando não há fluxo

[pic 3]

Comportamento observado quando há fluxo

Design[editar | editar código-fonte]

O medidor de fluxo é composto por3 :

• Uma seção tubular feita da material isolante ou por um material metálico revestido internamente por um isolante (necessário para evitar curtos-circuitos);
• Bobinas ou imãs permanentes para gerar o campo magnético;
• Eletrodos para medir a diferença de potencial gerada pela separação dos íons;
• Circuito eletrônico, responsável por filtrar, amplificar e transmitir o sinal adquirido nos eletrodos.

O equipamento é montado de forma que os sensores (eletrodos) sejam simultaneamente ortogonais ao campo magnético e ao fluxo do líquido4 .

Devemos atentar para as propriedades magnéticas do material do qual é feito o tubo do medidor, pois o material pode ter propriedades magnéticas intrínsecas que podem interferir no formato do campo externo aplicado e comprometer a medida.

Princípio físico de operação[editar | editar código-fonte]

Para começar a explicar o princípio de operação desse dispositivo é imprescindível notar que ele só funciona para líquidos condutores. Isso por que, microscopicamente, esse equipamento só funciona se houver uma diferença de potencial elétrico resultante da separação dosíons presentes no meio5 .

Num líquido condutor existem íons positivos (cátions) e íons negativos (ânions) que estão homogeneamente distribuídas no espaço, nesse caso, no interior do tubo. Essa homogeneidade é percebida, em princípio, em toda a tubulação. Entretanto no interior do medidor é aplicado um campo magnético capaz de separar os íons de cargas opostas, cada tipo de carga para um diferente lado5 . Esse fenômeno ocorre graças a Força de Lorentz, a qual diz que, na inexistência de campos elétricos (particularidade desse caso), toda carga em movimento no interior de um campo magnético é defletida com uma força proporcional a carga, a intensidade do campo e a velocidade da partícula, além de levar em conta fatores geométricos.

A separação das cargas no interior do medidor gera uma diferença de potencial elétrico que será medida pelos eletrodos e processada pelo circuito eletrônico, o que permite conhecer a velocidade do fluxo. A diferença de potencial gerada entre os dois eletrodos não é, em geral, de simples cálculo, entretanto num caso idealizado, onde o campo pode ser considerado uniforme, o perfil do fluxo é o ideal e o tubo está completamente cheio, pode ser feita a seguinte afirmação:

[pic 4]

Isto é, num tubo de diâmetro d, imerso num campo magnético de módulo B e cujas partículas se movem com velocidade média v, é gerada uma tensão elétrica média de módulo ε entre os eletrodos. Esse é um resultado direto da Lei da indução de Faraday1 6 .

Dispositivos reais (não idealizados) requerem um tratamento matemático mais complicado1 .

Tipos de medidores[editar | editar código-fonte]

Existem basicamente 2 categorias de medidores eletromagnéticos de fluxo: AC e DC. Os dois tipos de medidores têm designs parecidos, para todos os efeitos iguais. A única grande diferença é que medidores AC não podem usar imãs permanentes na sua fabricação. O modelo mais usado é o AC7 .

Há vantagens e desvantagens na utilização de um tipo ou de outro dos medidores.