Do início dos processos industriais, a medição de vazão tem sido desafiadora. A praxe é medir volumes, mas nem sempre existe proporcionalidade entre volume (litros) e massa (quilogramas). Mesmo em vazões de líquidos.

Estes são (virtualmente) incompressíveis. Isto é uma vantagem: existe proporcionalidade entre volume e massa, mas… somente se a temperatura se mantiver estável.

Explica-se: muitos líquidos aumentam de volume quando se aquecem; com isso, quanto mais quente o líquido, menos massa haverá num volume fixo. Portanto, providências se tornam necessárias:

• Normalizar a relação massa/volume;
• Identificar a taxa de variação volume x temperatura;
• Monitorar a temperatura da vazão volumétrica;
• Calcular e integrar a vazão em massa, em temperatura normal.

Medição de vazão de água

A água é um recurso usado em diversos processos. O medidor de vazão de água possibilita definir um volume manualmente ou monitorar um controle de vazão. Geralmente, esse controle ocorre via volume. Mas, volume e não massa?

Explica-se: o índice de expansão volumétrica da água vale 0,013%/°C; caso a temperatura varie entre 0 e 100°C (extremos da água líquida), a variação no volume vale 1,3%, ou ±0,65%, para volume referenciado em 50°C.

Isto representa uma diferença equivalente a ⅓ da precisão de rotâmetros, calculada em ±2%. Caso esta precisão não seja suficiente, aí sim, será essencial um sistema de medição mais sofisticado.

E operar com controle de vazão de massas. Quanto a leituras de vazão residencial, um medidor só seria essencial para investigar vazamentos ou desvio da água para outra residência.

De fato, um medidor de vazão de água residencial pode até ser obtido a partir do hidrômetro doméstico: a busca depende de se fechar os registros dos pontos de consumo e observar movimento no dígito menos significativo.

Quanto à aferição do hidrômetro, deve-se escolher um vasilhame e confrontar o volume de água acumulado com a variação de volume indicada no instrumento

Vazão de gás

Diferente dos líquidos, gases são compressíveis, o que apenas introduz mais variáveis na correlação entre volume e massa.

Inicialmente, a descoberta de Boyle-Mariott assegurou que, para uma determinada quantidade de gás, a relação P*V/T é constante, onde P=pressão, V=Volume e T=Temperatura absoluta.

Quem gerou uma equação universal, valendo para qualquer tipo de gás, foi Emile Clapeyron, formulada como:
P*V/T =n*R

Onde R é a constante universal dos gases e n é a massa do gás proporcional ao peso molecular do gás. Complexo sem dúvida, mas relaciona o volume com a massa.

A vazão volumétrica é uma relação entre volume e tempo: w= V/t, onde w é vazão e t (minúsculo) é o período de tempo de medição(1). Explicitando-se V na equação de Clapeyron:

V= n*R*T/P;

Substituindo V na equação de w:
w=(n*R*T)/(P*t);

Reagrupando esta equação:
n/t= (w*P)/(R*T)

Assumindo que n/t pode ser a vazão expressa em massa/ tempo, conclui-se que para saber este valor, deve-se multiplicar a vazão volumétrica (w) pela pressão P no instante da leitura.

E dividir pela temperatura absoluta T no instante da leitura, e pela constante universal dos gases (R).

O período t é a unidade de tempo na qual se deseja avaliar a vazão, podendo ser de 1 segundo (para vazões muito grandes), 1 hora, ou até 1 dia, para vazão muito reduzida.

Medições de vazões de gases e leituras mais exatas de quantidades, por exemplo, de gás combustível, tornaram-se viáveis quando a eletrônica evoluiu, viabilizando circuitos capazes de executar cálculos em tempo real.

Foi quando começou a era do medidor de vazão de gás. Quanto ao gás natural, este é distribuído para consumo, residencial ou industrial.

Neste último caso, o medidor pode ser um indicador, que possibilita ajustar uma vazão num processo ou gerar uma leitura para uso num elo de controle. No caso de residências, o medidor é volumétrico.

Cabe à empresa fornecedora do gás controlar a pressão. Eventualmente, essa pressão pode sofrer correções em função da temperatura local, de tal sorte que a vazão em volume reflita a vazão em massa.

Com isso, a conta de gás resulta proporcional à variação do número de m³ entre a data da leitura atual e a data da leitura anterior.

Deste modo, o medidor de vazão gás natural para uso doméstico, é substituído por integrador de consumo.

Métodos de medição de vazões

Vazões volumétricas podem ser lidas por meio de diversos artifícios:

• Rotâmetros;
• Placas de orifícios;
• Vortex;
• Ultrassônico (Doppler);
• Coriolis;
• Eletromagnético.

Também chamado de medidor de vazão Doppler, o sistema ultrassônico se baseia no tempo de reflexão entre os pulsos emitidos a montante e a jusante da vazão.

A diferença entre os tempos informa ao medidor de vazão ultrassônico o sentido da vazão e sua velocidade, que pode ser traduzida em vazão volumétrica.

Um dado surpreendente é que a medição é não-intrusiva, dispensando contato com o fluido, a abertura do duto, a interrupção da operação para instalação, remoção ou manutenção. Sua melhor definição é portanto: medidor de vazão ultrassônico não intrusivo.