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Jan 04, 2024

Usando medidores de vazão para melhorar a eficiência da caldeira

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Em muitas fábricas de produtos químicos, a eletricidade que a fábrica usa é derivada de uma usina de gás natural ou de uma usina de cogeração que queima fluxos de gases residuais. Em grandes caldeiras (figura 1), as usinas de energia reúnem ar e combustível (gás natural, gás residual, óleo ou carvão) para combustão, que gera calor. O calor ferve a água, criando vapor. O vapor passa por uma turbina, que faz com que a turbina gire, gerando eletricidade.

Medir o fluxo de energia - fluxos de combustível que custam dinheiro - nessas aplicações de caldeiras é fundamental para melhorar a eficiência energética, identificar desperdícios e minimizar os gases de efeito estufa (GEE) que vão para a atmosfera. Somente com medição de vazão precisa os usuários podem tomar decisões informadas para melhorar a eficiência energética.

Como os usuários decidem qual tecnologia de medidor de vazão é melhor para medir gás, água e vapor para aplicações de caldeiras? Escolher os medidores de vazão certos depende do fluido que está sendo medido. Ao discutir melhorias na eficiência da caldeira, três aplicações principais estão envolvidas:

A geração de energia requer ar de entrada e combustível para a combustão. Os engenheiros devem medir a proporção de ar e gás com precisão para uma combustão eficiente nas caldeiras. Muito gás é um desperdício, perigoso e caro; muito pouco cria chama insuficiente para ferver a água de forma eficiente.

Medidores de orifício e turbina. Tradicionalmente, o monitoramento do gás combustível para as caldeiras é realizado com um medidor de orifício ou turbina. No entanto, estes não são os melhores dispositivos de medição para esta aplicação porque estão sujeitos a falhas e requerem manutenção frequente e especializada para fornecer uma medição precisa e confiável. Condições de tubulação restritas também podem causar dores de cabeça aos engenheiros. Por exemplo, um medidor de orifício requer 10 a 50 diâmetros de tubulação a montante para eliminar o efeito de distúrbios de fluxo. Como trechos longos de tubos retos são difíceis de encontrar, a maioria dos sistemas de medição de fluxo é afetada adversamente pela variação dos perfis de fluxo dentro do tubo.

O maior motivo de preocupação é que os medidores de orifício e turbina medem a vazão volumétrica. Sensores adicionais de pressão, temperatura e pressão diferencial, bem como um computador de vazão, são necessários para calcular ou inferir a vazão de massa (figura 2). Isso não apenas degrada a precisão da medição de vazão, mas os custos de instalação e manutenção com esse tipo de medição compensada aumentam o custo de propriedade.

Medidores de vazão de massa térmica. Em contraste, os medidores de vazão de massa térmica são adequados para medição direta de fluxo de massa de gases, não de fluxo volumétrico. Como os medidores de vazão de massa térmica contam as moléculas de gás, eles são imunes a mudanças na temperatura e pressão de entrada e medem o fluxo de massa diretamente sem compensação. Em aplicações de caldeiras de fluxo de ar e gás, os medidores de vazão térmicos funcionam bem porque a proporção ideal de combustível para ar para uma combustão eficiente em caldeiras é calculada com base na massa, não volumétrica (figura 3).

Na configuração de funcionamento mais simples de um medidor de vazão térmico, o fluido passa por um sensor térmico aquecido e um sensor de temperatura. À medida que as moléculas do fluido passam pelo sensor térmico aquecido, o calor é perdido para o fluido que flui. O sensor térmico esfria, enquanto o sensor de temperatura continua a medir a temperatura relativamente constante do fluido que flui. A quantidade de perda de calor depende das propriedades térmicas do fluido e sua taxa de fluxo. Ao medir a diferença de temperatura entre os sensores térmico e de temperatura, a taxa de fluxo pode ser determinada.

Novos desenvolvimentos na tecnologia térmica de quatro sensores, juntamente com a tecnologia de sensor "dry sense" estável, bem como algoritmos avançados de modelagem termodinâmica, permitem que alguns medidores de vazão térmicos atinjam precisão de leitura de ± 0,5 por cento, rivalizando com a precisão do medidor de vazão Coriolis a um custo menor. Os aplicativos de software integrados também permitem a capacidade de mistura de gás, validação in situ e dial-a-pipe.