O medidor de vazão Coriolis é um dos mais versáteis disponíveis. Uma das características mais importantes dos medidores de vazão por efeito Coriolis é que eles podem medir vazão mássica, densidade e temperatura em um único dispositivo.

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O efeito Coriolis: o princípio de funcionamento do medidor de vazão Coriolis

O efeito Coriolis, princípio físico por trás dos medidores de vazão Coriolis, recebeu esse nome em homenagem ao cientista francês Gaspard-Gustave de Coriolis. Outros cientistas já haviam descoberto esse conceito, mas Coriolis foi o primeiro a escrever sua expressão matemática em um artigo sobre rodas d'água publicado em 1835.

Segundo a primeira lei do movimento de Newton, chamada de lei da inércia, se nenhum tipo de força externa atua sobre um objeto, ele permanecerá em repouso ou em movimento uniforme em linha reta. No entanto, essa lei só se aplica a um referencial inercial.

Mas o que acontece em um referencial rotativo? É aí que entra o efeito Coriolis.

O efeito Coriolis em um carrossel

Imagine que estamos brincando de jogar bola com um amigo em um carrossel. O amigo está no centro e nós na borda externa. Para este exemplo, vamos supor que não há vento, então nenhuma força externa interfere na trajetória da bola. Quando o carrossel está parado, o amigo joga a bola para nós. Como não há vento, a primeira lei de Newton faz com que a bola vá do centro até você em linha reta.

Agora imagine que há outro amigo. Desta vez, quando o amigo no centro joga a bola, ela ainda segue em linha reta em um referencial inercial. Mas, do ponto de vista rotativo, a bola faz uma curva — e isso é o efeito Coriolis.

Se analisarmos o exemplo, veremos que o efeito Coriolis descreve uma questão de percepção. A bola vai em linha reta, mas vemos ela fazendo uma curva porque estamos em movimento.

Muitas pessoas hoje chamam de efeito Coriolis em vez de força Coriolis, pois nenhuma força externa real afeta a bola. Mas, para fins matemáticos, ainda usamos o termo força Coriolis, que é uma força inercial ou fictícia.

A matemática por trás da força Coriolis

Como mencionado, mesmo sem uma força real atuando sobre a bola no exemplo do carrossel, as pessoas no plano rotativo veem a bola fazendo uma curva.

Podemos calcular a aceleração percebida porque a inércia da bola é proporcional a:

• (a) sua velocidade em linha reta

• (b) a velocidade de rotação do carrossel

Chamamos isso de aceleração Coriolis, e usamos a fórmula:

ac = 2 × ω × v

Onde:

• ac = aceleração Coriolis

• ω = velocidade de rotação (carrossel)

• v = velocidade perpendicular ao eixo de rotação (bola em linha reta)

Voltando à segunda lei de Newton, encontramos a relação entre força e aceleração:

F = m × a

Multiplicando ambos os lados pela massa do objeto (a bola, no exemplo) e substituindo a aceleração pela fórmula de Coriolis, temos:

Fc = m × 2 × ω × v

Ou seja, a força Coriolis é proporcional à velocidade angular, velocidade de rotação e massa. Isso explica por que podemos usar um medidor de vazão Coriolis como medidor de vazão mássica.

Medição de vazão mássica usando o efeito Coriolis

Agora que entendemos o efeito Coriolis, vamos ver como usá-lo para medir vazão. No tubo de medição de um medidor Coriolis, há uma bobina de acionamento que vibra o tubo em sua frequência natural. O tubo possui sensores de entrada e saída que medem o movimento e a frequência de vibração.

Vamos considerar duas situações: sem fluxo e com fluxo.

Sinais sincronizados indicam ausência de fluxo

Imagine que o processo foi interrompido e não há fluxo no tubo. Mesmo assim, a bobina continua vibrando o tubo, e os sensores geram ondas de sinal a partir dessa vibração. Essas ondas representam o movimento relativo entre os tubos.

Calculando a vazão mássica a partir do deslocamento de fase dos sinais

Ao reiniciar o processo, o fluxo cria o efeito Coriolis, causando uma pequena diferença de tempo entre os sensores de entrada e saída. Os sinais agora estão fora de fase. Com esse pequeno atraso entre as ondas, podemos calcular a taxa de vazão mássica, que é diretamente proporcional ao deslocamento de tempo. Também é necessário medir a temperatura para aplicar o fator de compensação.

Observação: a frequência do tubo pode influenciar diretamente a medição. Segundo um manual da Endress+Hauser, a faixa de vibração de um tubo está entre 50 e 150 Hertz. Se o medidor operar nessa faixa, pode ser necessário um inibidor de vibração. Alguns tubos operam em frequências mais altas, como 600 a 1000 Hertz.

Por que precisamos de tubos diferentes?

Existem variações de medidores Coriolis de tubo duplo no mercado — retos, em laço ou curvados. Cada formato tem vantagens específicas. Tubos compactos podem exigir menos espaço, mas podem gerar maior perda de pressão.

É preciso avaliar o melhor formato para cada processo. Também existem sistemas de medição de tubo único, que são mais fáceis de limpar, têm menor perda de pressão e não dividem o fluido. No entanto, geralmente têm menor precisão e repetibilidade em comparação aos tubos duplos.

Prós e contras de um medidor de vazão mássica Coriolis

Vantagens:

• Fácil de implementar para medição de gases e líquidos

• Não requer trechos retos de entrada e saída

• Mede vazão mássica, vazão volumétrica, densidade e temperatura

• Funciona independentemente da viscosidade e densidade do fluido

• Mede diretamente a vazão mássica

Desvantagens:

• Custa mais do que a maioria das outras opções

• Faixa de temperatura limitada

• Aplicações limitadas em fluidos multifásicos

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Medição de densidade e viscosidade usando o efeito Coriolis

Um medidor Coriolis pode medir não apenas vazão, mas também densidade — e alguns até viscosidade! Assim como usamos o atraso de tempo para medir vazão mássica, podemos usar outro aspecto do sinal para calcular a densidade do fluido. Consegue adivinhar qual?

Vamos usar uma analogia para facilitar a visualização. Imagine dois baldes idênticos: um cheio de água e o outro com a mesma quantidade de mercúrio. Agora, se pendurarmos cada um em uma mola de aço, conseguimos identificar — apenas observando o movimento das molas — qual balde contém água e qual contém mercúrio.

A bobina de acionamento no medidor de vazão Coriolis faz o tubo de medição vibrar em sua frequência natural, certo? Então, quando a densidade do fluido muda, a frequência de ressonância do tubo também muda. Uma densidade maior reduz essa frequência, enquanto uma densidade menor a aumenta.

Durante o processo de calibração de um medidor Coriolis, os desenvolvedores utilizam diferentes fluidos para aumentar a precisão dos dispositivos. Por exemplo, o PROMASS F 300/500 da Endress+Hauser possui uma precisão de ±0,0005 gramas por metro cúbico.

Um medidor Coriolis também pode medir temperatura, e isso está diretamente relacionado à densidade. Se alterarmos a temperatura de um líquido, sua densidade também muda. Assim, o medidor pode medir a temperatura do fluido e compensar essa variação.

Ele também pode calcular valores específicos de densidade como Brix, Plato, Baumé e API.

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Medição de viscosidade

Algumas marcas conseguem medir viscosidade. A Endress+Hauser, por exemplo, possui uma tecnologia patenteada para isso no modelo PROMASS I. Eles chamam essa tecnologia de Torsion Mode Balanced (TMB).

A mágica acontece por meio de uma ação de torção. O centro do tubo possui uma massa que oscila em sentido contrário. Esse movimento exerce uma força de cisalhamento sobre o fluido que passa pelo tubo.

A viscosidade do fluido altera essa oscilação, e o medidor lê essa mudança, calcula e converte em valores legíveis.

Lembre-se de que outras tecnologias no mercado também podem medir viscosidade. Mas aqui temos um dispositivo que mede vazão, densidade, temperatura e viscosidade. Todo mundo gosta de um equipamento multifuncional, certo? Novamente, se todas essas funções trarão valor ao seu processo, só você pode determinar.

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Aplicações da medição de densidade com medidor Coriolis

Um medidor Coriolis pode medir a densidade de líquidos, mas não de gases. Se for necessário medir a densidade de gases, pode-se usar uma tecnologia chamada MEMS (sistema microeletromecânico).

E se usarmos o medidor Coriolis apenas para medir densidade, não é necessário instalá-lo diretamente na linha de produção. Podemos economizar instalando um medidor Coriolis pequeno em um bypass.

Assim como a densidade, a medição de viscosidade pode indicar a qualidade do processo e ajudar a melhorar o desempenho. Se instalarmos o medidor Coriolis diretamente na linha, podemos medir vazão, densidade, temperatura e talvez viscosidade ao mesmo tempo. Se quisermos medir apenas viscosidade, podemos usar o truque do bypass. Só precisamos decidir qual tecnologia trará mais benefícios para o nosso processo.

🌊 Medidor de Vazão Coriolis - Funcionamento e Aplicação

🌊 Medidor de Vazão Coriolis - Funcionamento e Aplicação