Aterramento em Medidores de Vazão Eletromagnético

• Quando devo utilizar anéis de aterramento ou eletrodos de aterramento?
• Devo interligar o medidor de vazão ao aterramento?

O objetivo deste artigo é abordar algumas das questões básicas sobre a instalação e o aterramento do medidor eletromagnético de vazão e abordar esses mesmos problemas na situação mais complicada das aplicações do processo eletrolítico.

Introdução
A instalação e o aterramento adequados nos medidores de vazão eletromagnéticos são importantes para um desempenho de medição preciso e confiável. As correntes CA ou CC dispersam através do fluído ou do instrumento, podem produzir sinais de ruído que, por sua vez, podem interferir com os sinais de vazão relativamente baixos gerados no moderno medidor de fluxo CC atual. Os fabricantes fornecem uma variedade de elementos (tiras de aterramento, eletrodos de aterramento, anéis de aterramento) e instruções para o aterramento padrão do medidor magnético de vazão.

Existem aplicações nas quais o usuário não pode ou não deve fazer uso da conexão de aterramento tradicional à tubulação adjacente e ao aterramento. Essas aplicações de medição de vazão são freqüentemente encontradas em processos eletrolíticos. Nesse caso, o fluido que passa pelo tubo de fluxo do medidor magnético de vazão pode ter um potencial significativamente maior ou menor que o aterramento e uma conexão ao aterramento pode ser prejudicial ao desempenho e até mesmo à confiabilidade do medidor magnético de vazão. Essas aplicações são tipicamente compostas pelo uso de tubos não-condutores ou revestidos e podem apresentar fluxos ácidos ou cáusticos que podem exigir o uso de eletrodos e anéis de aterramento caros como titânio, platina ou tântalo.

Para o restante deste artigo, o termo "aterramento" será definido como: o arranjo de materiais metálicos do processo (tubulações, anéis de aterramento, eletrodos de aterramento), cabeamento (tiras de aterramento, fios terra) e conexões a referências estáveis , mas nem sempre o terra) necessário para alcançar uma operação satisfatória de um medidor de vazão eletromagnético. Como tal, aplica-se ao aspecto de instrumentação do aterramento, e não ao "aterramento de segurança". No entanto, o assunto "aterramento de segurança" também será abordado para estas aplicações específicas.

• Princípio de Funcionamento do Medidor Eletromagnético de Vazão
O princípio de funcionamento do medidor de vazão eletromagnético é baseado na lei de Faraday de indução eletromagnética, que afirma que uma voltagem será induzida em um condutor que se move através de um campo magnético.

Lei de Faraday: E = kBDV

A magnitude da tensão induzida E é diretamente proporcional à velocidade do condutor V, largura do condutor D e a intensidade do campo magnético B. O secundário (ou transmissor) fornece a corrente controlada às bobinas para gerar o campo magnético, e amplifica, filtra e converte o sinal resultante em saídas do usuário, como 4 - 20 mA, frequência ou informações de comunicação digital (HART, Profibus). No moderno Medidor Eletromagnético de Vazão(CC) pulsado, o sinal gerado é realmente muito pequeno: da ordem de 100 uV por pé por segundo de velocidade de fluxo (300 uV por metro por segundo de velocidade). Como esse sinal é tão pequeno, os projetistas e usuários do medidor de vazão eletromagnético devem tomar medidas para minimizar o ruído e maximizar a rejeição do ruído. Um desses passos é o aterramento adequado do sistema.

• Aterramento Básico
Estabelecer um processo é um dos detalhes mais importantes da instalação. O aterramento adequado do processo garante que o tubo de vazão e o fluido estejam no mesmo potencial, de modo que apenas o sinal de fluxo induzido seja medido. Por que isso é necessário? Para responder a essa pergunta, vamos ver como o tubo de fluxo do magnetômetro e o transmissor estão conectados eletricamente (Figura A.). Em um medidor magnético de corrente alternada típico pulsado, o sinal de fluxo é conectado a um amplificador diferencial que é eletricamente isolado do caso do transmissor. O processo de aterramento fornece uma referência estável para este amplificador diferencial. Na maioria das aplicações, a melhor e mais estável referência é o próprio aterramento. Ao conectar o tubo de fluxo do medidor magnético de fluxo, o fluido e a referência para o amplificador a um ponto de referência estável e livre de ruído, o usuário tem a garantia de obter o melhor desempenho de seu medidor de vazão eletromagnético.

FIGURA A - LIGAÇÃO ELÉTRICA ENTRE TUBO MEDIDOR E TRANSMISSOR

O arranjo de aterramento é determinado principalmente pelo tipo de tubo no qual o medidor magnético de fluxo está instalado. Os arranjos de aterramento recomendados para tubos condutores sem revestimento, condutores revestidos e não condutivos são mostrados nas Figuras abaixo

• Anéis de aterramento vs. eletrodos de aterramento
Como mostrado nas figuras anteriores, os anéis de aterramento ou os eletrodos de aterramento são necessários quando a tubulação adjacente ao medidor magnético de fluxo não fornece uma boa conexão elétrica ao fluido; isto é, o tubo é revestido ou feito de material não condutor. Anéis de aterramento ou eletrodos de aterramento fornecem essa conexão elétrica. Os eletrodos de aterramento são integrados ao tubo de fluxo, de modo que a instalação é mais fácil e menos cara, particularmente quando materiais "exóticos" são necessários. Os anéis de aterramento fornecem uma conexão de área de superfície maior ao fluido do processo e limitam os efeitos da condutividade da tubulação adjacente, o que é importante para os tubos de fluxo do tipo wafer. Portanto, os anéis de aterramento são recomendados em relação aos eletrodos de aterramento nas seguintes situações:
* A condutividade do fluido é inferior a 50 uS / cm
* Medidores de vazão tipo wafer instalados em tubulação não condutora ou revestida
* Aplicações do processo eletrolítico (descritas na próxima seção).

• Aterramento de segurança
Para evitar riscos ao pessoal de operação, o equipamento elétrico deve sempre ser instalado e cabeado de acordo com o código elétrico local. Para equipamentos alimentados por CA, isso geralmente assume a forma de conexão da caixa do equipamento ao aterramento de segurança. Isso geralmente é feito através da conexão do fio verde aterrado ao terminal de aterramento fornecido na área de fiação do transmissor do medidor magnético de fluxo. Se o transmissor estiver montado integralmente no tubo de fluxo, este também conectará automaticamente o tubo de vazão ao aterramento.

Aplicações de processos eletrolíticos
Em processos eletrolíticos típicos, os medidores de vazão são usados ??para medir o fluxo de fluidos de alimentação na (s) célula (s). Grandes correntes DC (1000 de amperes ou mais) são alimentadas nas células para conduzir o processo eletrolítico. Os líquidos e gases resultantes também podem ser monitorados por medidores de vazão adicionais. O processo eletrolítico pode ocorrer em um reator ou em muitas células. Neste último caso, cada célula pode ter seu próprio medidor magnético de fluxo para a medição do fluxo de matéria-prima.

Qualquer que seja a disposição, as grandes tensões e correntes presentes podem fazer com que as correntes fluam de maneiras inesperadas. Os fluxos atuais de juros aqui são geralmente de dois tipos:
• Fluxo de corrente no fluido através do medidor magnético de fluxo
• Fluxo de corrente através dos componentes de aterramento
Ambos os tipos de corrente podem estar presentes em uma aplicação típica desses tipos. No primeiro caso, o fluxo de corrente no fluido que passa pelo tubo de fluxo gera ruído que pode interferir com o sinal de fluxo de baixo nível. Testes na Rosemount indicam que esse ruído varia com o nível atual e tem componentes que podem interferir facilmente no sinal de fluxo. O resultado geralmente não é uma medição de vazão imprecisa, mas uma medida de fluxo instável que pode dificultar ou impossibilitar o controle. Nessa situação, os anéis de aterramento fornecem um caminho para desviar a corrente ao redor do fluido no medidor magnético de fluxo.

O fluxo de corrente através dos componentes de aterramento pode ocorrer se:
1) múltiplos medidores são usados ??em um sistema;
2) eles estão em diferentes potenciais;
3) os componentes de aterramento para múltiplos medidores estão ligados a um ponto comum. Um exemplo é mostrado na figura abaixo. O ponto comum mais frequente pode ser através do fio verde aterrado. Situações como esta resultaram em alta corrosão dos componentes de aterramento, até e incluindo a perda de vedação em torno dos eletrodos de aterramento. Além disso, a corrente através de componentes de aterramento gera ruído que pode resultar em uma saída do medidor magnético de corrente instável.