Medidores de Vazão Mássica

Medidores de Vazão Mássica Térmicos para Gases: Princípio de Funcionamento e Aplicações

1. Princípio de Funcionamento

Os medidores de vazão mássica térmicos operam com base em princípios de transferência de calor, medindo o fluxo de gás ao detectar o efeito de resfriamento da corrente de gás em um sensor aquecido. Existem dois métodos principais de medição:

Método de Diferencial de Temperatura Constante (CTD)

Dois sensores de temperatura (RTDs ou termistores) são usados:

Sensor Aquecido: Mantido a uma temperatura fixa acima da corrente de gás.

Sensor de Referência: Mede a temperatura do gás.

A potência necessária para manter a diferença de temperatura é proporcional à taxa de vazão mássica.

Método de Potência Constante

Uma quantidade fixa de calor é aplicada ao sensor.

A diferença de temperatura entre o sensor aquecido e a corrente de gás é medida, o que se correlaciona com a vazão mássica.

A equação fundamental que governa a medição de vazão térmica é:

Q = frac{P}{c_p cdot Delta T}

Q: Taxa de vazão mássica (kg/s)

P: Potência de aquecimento (W)

c_p: Capacidade calorífica específica do gás (J/kg·K)

ΔT: Diferença de temperatura entre os sensores (K)

Como os medidores de vazão térmica medem a vazão mássica diretamente, eles não exigem compensação separada de pressão ou temperatura.

2. Principais Características e Vantagens

✅ Medição Direta da Vazão Mássica – Não há necessidade de compensação PT adicional.

✅ Sem Peças Móveis – Baixa manutenção, alta confiabilidade.

✅ Ampla Relação de Redução (até 100:1) – Adequado para taxas de vazão baixas e altas.

✅ Tempo de Resposta Rápido – Ideal para controle de fluxo dinâmico.

✅ Baixa Queda de Pressão – Eficiente em termos de energia para aplicações com gás.

✅ Compatível com a Maioria dos Gases Não Corrosivos – Incluindo ar, N₂, O₂, CO₂, gás natural e biogás.

3. Limitações

❌ Calibração Específica para Gás Necessária – A precisão depende das propriedades térmicas do gás (c_p).

❌ Não Adequado para Gases Sujos/Úmidos – Partículas ou umidade podem afetar o desempenho do sensor.

❌ Limitado a Aplicações de Baixa/Média Pressão – Tipicamente < 50 bar.

❌ Sensibilidade a Flutuações de Temperatura – Requer condições ambientais estáveis.

4. Aplicações Comuns

Monitoramento de Ar Comprimido e Gás (detecção de vazamentos, análise de consumo)

Medição de Biogás e Gás Natural

Sistemas HVAC (controle de fluxo de ar)

Indústrias de Semicondutores e Químicas (monitoramento de gás de processo)

Testes Ambientais e de Emissões (medição de vazão de gás de chaminé)

5. Sinais de Saída e Instalação

Saídas Analógicas: 4-20 mA, 0-10 V para integração com PLCs/SCADA.

Comunicação Digital: Modbus, HART ou PROFIBUS para sistemas inteligentes.

Diretrizes de Instalação:

Evite vibrações na tubulação e turbulência excessiva.

Certifique-se de ter trechos de tubulação retos (5D a montante, 3D a jusante para precisão).

Conclusão

Os medidores de vazão mássica térmicos fornecem medição de vazão mássica altamente precisa e confiável para gases, sem exigir correções de pressão ou temperatura. Seu design não intrusivo, resposta rápida e baixa manutenção os tornam ideais para aplicações industriais, ambientais e laboratoriais. Melhorias futuras se concentram na calibração multigás e na durabilidade aprimorada do sensor para ambientes agressivos.