sensores próximos
Contadores mecânicos com emissores de pulsos
Ao contar as vezes que a chave fica fechada podemos totalizar o volume de água que circulou durante um determinado período de tempo, por isso são chamados de hidrômetros ou contadores de litros.
Na irrigação, eles são usados principalmente como elemento de preço, embora ultimamente estejam sendo muito usados como elemento de controle de irrigação no nível da parcela.
Consistem em uma série de engrenagens que terminam em uma turbina que se interpõe no caminho do fluxo de água, é a câmara de medição. A água gira a turbina proporcionalmente à velocidade (e, portanto, à quantidade de água que passa). A rotação da turbina move as engrenagens e as transmissões magnéticas que atuam nos tambores numéricos. Os números giram e marcam o volume que passou pelo medidor até aquele momento, é um totalizador.
Diferenciando a câmara de medição por um lado e o totalizador por outro, encontramos diferentes tipos de tecnologias de medição e tipos de medidores, que é necessário conhecer para ver se eles se adaptam ao nosso perfil de fluxo e qualidade da água. Nesses sensores, tanto a câmara de medição quanto o totalizador são baseados em componentes mecânicos móveis, portanto com o tempo acabam perdendo a precisão, por isso sua vida útil é limitada e precisam ser renovados de tempos em tempos.
As principais tecnologias utilizadas são velocidade e volumétrica.
O princípio de funcionamento baseia-se na utilização da energia cinética da água, da qual uma pequena parte é utilizada para movimentar uma turbina. O totalizador de consumo é normalmente acoplado magneticamente à turbina. Cada volta da turbina é transmitida magneticamente para as engrenagens do totalizador que irão se mover de acordo com a resolução do contador.
Fig: Partes de um contador de velocidade →
Dentro dos contadores de velocidade podemos distinguir:
a) Stream único
Esses contadores usam um orifício para criar um único jato de água que atinge a turbina tangencialmente, fazendo-a girar (o fluxo atinge um único ponto na periferia da turbina) . A velocidade de rotação depende da velocidade de impacto do jato de água (fluxo circulante). Essas curvas são registradas pela câmera de gravação graças a uma série de engrenagens. O corpo que aloja a turbina é geralmente feito de latão ou bronze, às vezes um material plástico de alta qualidade e a turbina é feita de um plástico especial resistente.
Na agricultura, apenas o calibre DN15 costuma ser usado para irrigação de precisão em tubos de gotejamento, embora no mercado possamos encontrá-los até o calibre DN150.
Em princípio, esses medidores são projetados para trabalhar na posição horizontal, com o eixo totalmente vertical. Qualquer outro tipo de instalação afeta negativamente sua curva de erro.
Se fizermos o medidor funcionar em torno do regime nominal, a curva de erro não será muito afetada se sua instalação não for horizontal. Porém, reduzirá sua vida útil ao apoiar a turbina no eixo de forma incorreta. No entanto, existem modelos aprovados para trabalhar em qualquer posição.
↑ Fig: Contador de jato único
Estes medidores não requerem a disposição de seções de tubos retos a montante do medidor, pois devido ao seu design, o bico único regula o perfil de velocidade da água que entra através do tubo.
b) Jato múltiplo
Os medidores multijato possuem uma câmara interna equipada com bicos que direcionam o fluxo de água sobre a turbina, criando um jato de água que incide em vários pontos da periferia da turbina de maneira uniforme, isto é uma vantagem já que se consegue um funcionamento mais equilibrado da turbina e faz com que durem mais em comparação com as de jato único, além disso, supõe um melhor comportamento a baixas vazões. Estão disponíveis em vários tamanhos, normalmente até DN50, e na agricultura são utilizados em redes terciárias.
Como os medidores de fluxo único, esses medidores normalmente não requerem trechos retos de tubulação a montante e devem ser usados na posição horizontal. Porém, uma instalação inclinada ou vertical é muito comum, porém inadequada, podendo aumentar o erro de leitura em vazões baixas, com vazões. Com vazões médias-altas, a curva de erro não é afetada. No entanto, sua vida útil será afetada.
Fig: Contador de velocidade de jato múltiplo explodido →
c) Contadores Woltman
Sua operação é baseada na incidência do fluxo axialmente em uma hélice. A velocidade de rotação da hélice é função tanto da vazão quanto das características construtivas da hélice, bem como do ângulo de ataque da água em suas pás. Este último aspecto é especialmente relevante na instalação de medidores em campo.
Nota: Este tipo de medidor recebeu o nome de Woltman em homenagem ao engenheiro alemão Reinhard Woltman (1757-1830) que em 1790 introduziu o uso de medidores de corrente na medição de vazão em canais abertos.
Existem três tipos de contadores Woltman dependendo de suas características construtivas e do eixo de rotação da turbina: Woltman eixo horizontal, Woltman vertical e Woltman 90º (cotovelo).
Nos medidores Woltman com eixo horizontal, a direção do fluxo coincide com o eixo de rotação da turbina, e naqueles com eixo vertical, o fluxo incidente perpendicular ao eixo de rotação. As de eixo horizontal têm maior capacidade de fluxo para o mesmo diâmetro do que as de eixo vertical e em cotovelo. No entanto, a sensibilidade a baixas taxas de fluxo de medidores de eixo vertical é maior.
← Fig: Perfil de velocidade em contadores de eixo horizontal e vertical. Pode-se observar que nas verticais a direção do eixo de avanço da água é alterada até que ela avance perpendicularmente ao eixo de condução, pois a rotação da hélice ocorre em torno de um eixo perpendicular ao eixo de condução. A principal desvantagem deste projeto reside no aumento da perda de carga (5 vezes maior no Woltman vertical do que no horizontal), pois introduz um caminho mais sinuoso para o fluido dentro do medidor.
Em geral, podemos indicar que os medidores com eixo horizontal têm menor perda de pressão e menor sensibilidade, enquanto os de eixo vertical têm maior perda de pressão e maior sensibilidade.< /p>
Existe uma variante dos medidores de eixo vertical, aos quais é adicionada uma válvula de controle ou regulação. Esta válvula pode ser acionada por um solenóide para que sirva como um controle remoto. Esses medidores com função de corte de água são chamados de hidrantes de corpo único, pois possuem a função de corte e medição integrada.
São usados principalmente em tubulações em que os fluxos circulantes são altos (> 10 m3/h) e geralmente são usados para diâmetros entre 40 e 300 mm
Em relação aos medidores de cotovelo Woltman (ou 90º), eles são projetados para medir a água extraída de poços. Sua principal característica é que o sentido de entrada e saída da água forma um ângulo de 90°, então o medidor economiza o custo de um cotovelo. No entanto, seu alto preço compensa o investimento. A gama de diâmetros encontrada no mercado é pequena e abrange metros entre 80 e 200 mm.
↑ Fig: Fotografias de diferentes tipos de contadores woltman
Seu funcionamento é muito semelhante ao de um Woltman com hélice vertical. De fato, a turbina gira em torno de um eixo paralelo ao eixo do tubo de entrada. A água entra pela parte inferior do medidor, onde passa por estabilizadores de fluxo antes de chegar à hélice. A água é então desviada de uma direção e finalmente sai do medidor.
Um aspecto importante a ter em mente é que o corpo do medidor dificilmente altera o fluxo de água antes de chegar à hélice. Portanto, a sensibilidade do erro de medição desse tipo de contador ao perfil de velocidade de entrada é semelhante à dos contadores Woltman horizontais e não à dos contadores Woltman verticais.
- O formato especial das “hélices” permite que os medidores Woltman cubram uma faixa de medição muito ampla com uma queda de pressão particularmente baixa.
- Apesar de seu design para altos fluxos, eles também começam de forma confiável com pequenos fluxos de água.
Todos los modelos de contador Woltman permiten obtener los mejores resultados de medición si se observan unas normas de montaje sencillas pero básicas.
Dicas para instalação
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- Deve ser observado o sentido de fluxo obrigatório dos contadores.
- Nas de eixo horizontal ou paralelo, o perfil de velocidade na entrada tem papel fundamental em sua metrologia, portanto, necessitam de trechos retos antes do contador para regular esse perfil, e dependendo da perturbação existente a montante, o número de trechos retos necessários para regularizá-la varia de 5 a 20 vezes o diâmetro da tubulação. Se essas distâncias mínimas não forem mantidas, o resultado da medição é imprevisível e o erro máximo que o instrumento pode cometer não é conhecido, tudo dependerá das características do fluxo na entrada do medidor.
- Os requisitos para seções retas em medidores de eixo vertical são menores, pois o próprio medidor distorce o perfil de velocidade na entrada, o que o torna imune a muitos tipos de distúrbios.
- Se não for possível respeitar a seção de entrada reta necessária, um retificador de fluxo de favo de mel deve ser incorporado.
- Para evitar o impacto de sólidos carregados pela corrente, ou a passagem de fibras que possam bloquear a hélice, normalmente são colocados filtros a montante do medidor.
- Nos Woltmans horizontais a posição de instalação pode ser praticamente em qualquer lugar. A única limitação é a inclinação horizontal da sacola, que em nenhum caso deve ficar de cabeça para baixo.
No Woltman vertical, eles só podem ser montados na posição horizontal e o relógio deve estar voltado para cima.
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↑ Fig: posições permitidas em montagens de contador Woltman.
Fig: Linhas retas recomendadas para metros Woltman de eixo horizontal. Cada casa comercial indicará suas recomendações necessárias para o correto funcionamento do medidor →
d) Contadores tangenciais
Possuem uma turbina localizada nas paredes internas por onde passa a água. A sua vantagem é que não apresentam problemas devido a sólidos em suspensão, pelo que são ideais para água de rega, embora tenham características metrológicas medíocres.
Possui uma turbina localizada na parede na parte superior do tubo que gira proporcionalmente à velocidade da água nesta área. Por esta razão, um perfil de velocidade assimétrico, que altera a relação entre a velocidade média e a velocidade medida, prejudica seriamente a precisão, razão pela qual possui características metrológicas medíocres; por outro lado, tem a vantagem de não apresentar problemas devido a sólidos em suspensão, por isso são ideais para água de irrigação, pois a passagem da água não encontra nenhum impedimento, assim sólidos em suspensão de tamanho considerável podem passar pelo medidor sem danificar a turbina. Os sólidos com maior densidade circularão na parte inferior da condução enquanto a turbina estiver na zona superior.
A utilização de contadores tangenciais, apesar do inconveniente relacionado com a sua baixa precisão, justifica-se principalmente pelo custo do contador, uma vez que o elemento primário mantém o tamanho, independentemente do diâmetro de condução, o custo de aquisição não é exorbitante em comparação com outros tipos de medidores, como o Woltman.
↑ Fig: Medidor tangencial de uso frequente na irrigação. Você pode ver a situação da turbina e a grande passagem livre de água.
↑ Fig: Fotografia de medidores tangenciais de diferentes diâmetros onde se pode observar que o medidor é o mesmo para todos os diâmetros de tubos.
É comum encontrar este tipo de medidores sem nenhum tipo de homologação de classe metrológica, portanto não podem ser utilizados como instrumentos de faturamento. Seu funcionamento é muito semelhante ao de um medidor de vazão de inserção do tipo turbina, por isso apresenta inconvenientes semelhantes, ou seja, alta sensibilidade ao perfil de velocidade e baixa precisão. Por esta razão, ao instalar um contador tangencial é fundamental garantir uma excelente qualidade do perfil de velocidade, pelo que as distâncias de troços rectos a manter a montante do contador são consideráveis.
As recomendações fornecidas pelos fabricantes de medidores de vazão de inserção do tipo turbina podem ser tomadas como referência. Normalmente terão entre 15 e 30 diâmetros, dependendo da perturbação.
Recursos
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- Apenas parte da Turbina é atingida pela água.
- O eixo de rotação da turbina é perpendicular à água.
- Não é afetado pelo trânsito de pequenas partículas suspensas que passam pelo medidor sem danificar a turbina.
- Eles têm baixa precisão, portanto não podem ser usados como elemento de cobrança.
- Devem ser muito bem instalados para que não causem problemas: Trechos retos a montante do medidor.
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e) Contadores proporcionais
Existem medidores que medem a vazão principal com base em cálculos feitos em uma vazão inferior paralela à vazão principal. Eles fazem isso forçando uma parte do fluxo principal através de um bocal onde um medidor está instalado.
Assumindo que a vazão principal é proporcional à que passa pelo bocal, e uma vez registrada a vazão que passa pelo bocal, pode-se estimar o total conhecendo essa proporcionalidade.< /p >
Como a maior parte do fluido passa por um circuito sem impedimentos, eles são menos sensíveis à água com grande quantidade de sólidos em suspensão, tornando-o ideal para água não filtrada extraída de poços e carregado com partículas sólidas. No entanto, este tipo de medidor não é aprovado no âmbito da Diretiva Europeia 75/33/CEE devido à sua baixa precisão.
Para proteger o medidor secundário, um filtro é instalado na entrada do circuito derivado. O problema que se apresenta muitas vezes é que este filtro fica obstruído impedindo a passagem da água pelo secundário e provocando erros de registo muito importantes, ao alterar a relação entre o caudal que circula pelo secundário e o caudal total. Em alguns casos, os fabricantes recomendam que com água altamente carregada (aprox. 3 g/l) a velocidade de circulação seja superior a 2 m/s para dificultar a passagem de sólidos pelo secundário.
Em princípio, esses contadores não são muito sensíveis a distúrbios de fluxo. Na verdade, itens como cotovelos e tees não afetam sua curva de erro.
Fig: Esquema de um contador proporcional →
Esses tipos de medidores registram o consumo acumulando o número de enchimentos e esvaziamentos de uma ou duas câmaras de volume conhecido. Eles são os mais precisos de todos os contadores mecânicos.
Basicamente existem dois tipos de medidores volumétricos: pistão rotativo e disco de nutação. A diferença entre eles está na forma do elemento móvel que enche e esvazia as câmaras. No primeiro, o elemento móvel é um pistão que gira excentricamente enquanto no segundo esta parte é um disco.
Os medidores volumétricos, devido à sua precisão, são usados principalmente para medir o consumo de usuários domésticos, eles não são usados na água de irrigação, por isso não vamos nem para descrevê-los.