Mecânica dos fluidos/Medidores tipo turbina

Medidores tipo turbina

Medidor tipo turbina Woltman comercial.

Elemento primário

Nesses medidores, o elemento primário é uma turbina que é inserida no fluxo, e cuja velocidade angular dá a medida da vazão. Existem modelos diferentes de turbinas, conforme o fluido a medir for um líquido ou um gás, e também conforme a sua viscosidade. Alguns tipos, como as miniturbinas de inserção, tipo roda d'água ou axial, podem ser instaladas sem necessidade de interromper-se o fluxo para manutenção da tubulação.

Como as turbinas são girantes, apresentam desgaste mecânico e requerem calibração periódica. Em geral, turbinas para gases são construídas de forma a girar mais rápido, por isso são mais frágeis e requerem mais manutenção que as turbinas para medida de vazão de líquidos. Normalmente, as turbinas para gases precisam também de um sistema de lubrificação, que é dispensado pelas turbinas construídas para líquidos.

A norma internacional ISO 9951 regulamenta as turbinas para gases. No caso dos hidrocarbonetos líquidos, é muito usada a norma API MPMS 5/3. A norma AGA7 prevê o uso de turbinas com dois rotores, para detecção de desvios que requeiram recalibração.

Os hidrômetros, usados na medida de consumo de água em residências, são medidores tipo turbina. Outros tipos em uso na indústria são a turbina Woltman e a roda de Pelton. Outro instrumento que usa esse princípio de funcionamento é a chamada bobina de imersão (ou bobina pick-up), que consiste de um tubo inserido perpendicularmente no fluxo, com um elemento rotor na ponta, elemento este similar a uma turbina para água.

Turbina Pelton (ou roda de Pelton).

Esses medidores apresentam como desvantagens: o custo relativamente elevado; a incapacidade de medir variações bruscas de vazão, devido à inércia do rotor; o fato de requerer trechos retos a montante e a jusante, e ainda, frequentemente, condicionador de escoamento; e o fato de não se aplicar a fluidos com partículas em suspensão. Como vantagens, podem-se listar a boa precisão (1% do fundo de escala), a pequena perda de carga imposta ao escoamento e a rangeabilidade razoável (10:1).

Elemento secundário

O mais comum é que um sensor de proximidade posicionado no rotor da turbina gere pulsos a cada passagem de um dente ou uma pá, e esses pulsos sejam enviados ao elemento terciário (computador de vazão) para cômputo da velocidade de rotação e, por conseguinte, da vazão. Também pode-se adaptar ímãs permanentes ao rotor e usar um sensor magnético para a geração desses pulsos. Pode-se ainda enrolar uma bobina em torno do rotor munido de ímãs permanentes, e medir a corrente elétrica induzida pela rotação do rotor. Finalmente, pode-se também utilizar um sensor por Efeito Hall no lugar dessa bobina.

Na medida de vazão de gases, sensores adicionais são necessários para medição dos valores da temperatura e da pressão, que devem ser usados na fórmula de conversão.