MEDIDOR DE VAZÃO CORIÓLIS

MEDIDOR DE VAZÃO CORIÓLIS

POR: SOLAINY MATIAS, RICCO MELLO, ANTÔNIO RICARDO, ANTÔNIO BRUNO, YAN CARLOS

Definição

É um instrumento medidor de vazão que a mede por meio da medição da oscilação (vibração) de um tubo interno ao medidor por meio da aplicação o principio de  Coriólis que é uma técnica direta ou dinâmica que gera um sinal proporcional a vazão mássica, e praticamente independente das propriedades do material, tais como condutividade, pressão, viscosidade ou temperatura e ainda pode ser utilizada para determinar a densidade do produto circulante. Ela atende a especificação dos mais variados processos,na medição de líquidos e gases nas indústrias Petroquímicas, Químicas, Petrolíferas,Farmacêuticas, Alimentícias e outros segmentos industriais.

Efeito coriolis

Se vc ficar no centro de um grande disco girando e se levantar para andar em linha reta em direção a extremidade do disco vc não conseguirá pois vc sentirá uma força te empurrando para  o lado. Essa força q te empurra para o lado é a famosa força de coriólis que regue o principio de funcionamento do instrumento que estamos apresentando.

A força de coriólis justifica muitas coisas ao nosso redor... se vcs n a entenderam ainda vamos então a outras explanações.  vcs já se perguntaram pq:  Os os rios no hemisfério sul forçam mais sua margem esquerda do que a direita? No hemisfério sul, a água sai da pia girando no sentido horário? Ou mesmo pq as correntes de ar se movem sempre em certas direções?

Uma possível explicação é: A rotação da terra constitui um movimento circular, e os rios e massas de ar alcançam relativas velocidades na superfície terrestre, logo durante seu deslocamento elas sofrem a ação de uma força para a esquerda no Hemisfério sul e para a direita no hemisfério norte. Logo a resposta que une essas perguntas é a força de coriólis... pois um corpo em movimento dentro de um sistema em rotação sofre um desvio lateral causado pelo movimento rotacional.

Outra forma simples de entender a força de coriólis é largar em queda libre um projétil do alto de uma torre bem elevada... a depender da altura de que for lançado... poderemos notar q ele não cairá 100% verticalmente e sim com uma pequena inclinação para leste ou oeste a depender do hemisfério em q vc realize o esperimento.

Para quem ainda n entendeu isso aki em uma animação PA facilitar as coisas...(explica o filme)

Partes do medidor

As conexões do medidor coriolis às tubulações são geralmente flangeadas para facilitar troca, inspeção e manutensão do instrumento. E independentemente da quantidade de tubos internos os medidores tipo coriolis tem duas conexões a de entrada por onde entra o fluido no medidor e o de saída por onde sai o fluido após de passar pelo sistema de medição.

O(s) tubo(s) Medidor(es). Pode existir um ou mais desses componentes em medidores tipo coriolis a dependem de encomenda, fabricante, alta necessidade de não perder carga e etc. Eles podem ser retos, em u, arredondados, em forma de “s”. Eles são os responsáveis por transmitir a força de coriolis aplicada neles pelo fluido aos sensores por meio de vibrações. Geralmente são feitos de aço inox, titânio ou outro material a depender da necessidade do processo.

O exitador é um dispositivo presente em todos os medidores tipo coriolis ele é o elemento responsável por provocar uma certa freqüência de vibração na tubulação e também possibilita a medição não só da densidade como a vazão mássica como veremos mais adiante.

Os sensores eletromagnéticos (eletroímãs) são muito sensíveis as vibrações dos tubos de medição pois pouquíssimos milímetros de oscilação nas vibrações desses tubos significam significativas alterações da vazão mássica da tubulação. Eles se encontram geralmente aos pares em trechos retos dos tubos de medição.

O transmissor é um instrumento que recebe um sinal dos sensores magnéticos tratam-no num circuito eletrônico e geram a saída num sinal padronizado que pode ser digital em Hz ou analógico em 4 a 20 mA. Ele pode ficar acoplado ao medidor ou, dependendo do fabricante, até 300 metros de distância sem prejuízo nos sinais de entrada e saída.

O corpo é a parte que reveste o instrumento e possui os bocais de entrada e de saída. Ela não fica em contato com o tubo medidor, mas sustenta o exitador e os sensores magnéticos. Sua forma, tamanho e material de confecção variam de fabricante a fabricante.

Funcionamento

O coriolis é um medidor de vazão direta, de funcionamento simples e dispensa cálculos complexos para obter e gerar informações do processo.além do mais sua precisão é geralmente alta.

http://www.youtube.com/watch?v=0mklEuJxm8U

Como nós vimos o coriolis funciona da seguinte forma:

Inicialmente o exitador provoca uma vibração no tubo e a freqüência dessa vibração, causando um movimento lateral dos tubos (para traz e para frente), é sentida pelos sensores eletromagnéticos e tida como vazão zerada. Assim é possível medir a densidade do fluido que está no interior do medidor, já que quanto mais denso for o fluido menor a freqüência da vibração e vice-verso, não ultrapassando de poucos milímetros.

Se não tivéssemos não conseguiríamos fazer a medição pois em uma tubulação estática e reta não há efeito coriolis. È a vibração que o exitador causa na tubulação que permite o surgimento das forças de coriolis no fluido. Logo, se não estiver passando nenhum fluxo o tubo medidor oscilará uniformemente.

Assim, quando começa a passar fluido no interior do medidor o fluido, as forças de coriolis começam a provocar oscilações na vibração do tubo. Assim, a vazão mássica altera o ângulo da fase da vibração, que produz uma fase diferente entre a vibração da entrada do tubo e da saída do tubo. Esta diferença de fase é proporcional a vazão mássica. A força coriolis é proporcional e a velocidade e a massa do corpo em movimento sobre o sistema.

Esses movimentos ou inclinações são percebidos pelos sensores eletromagnéticos e estes geram uma informação proporcional a vazão mássica do instrumento. Esse sinal é encaminhado a um circuito eletrônico, depois a um transmissor que envia o sinal de 4 a 20 mA ou em Hz para o painel de controle contendo a informação da variável do processo que no caso é a vasão mássica do fluido. 

Independente mente do fabricante quantidade de tubos internos, tamanho ou forma o processo que descrevemos acima acontece em todo e qualquer medidores tipo coriolis embora possam haver detalhes que diferenciem um pouco de medidor a medidor como: em coriolis de dois tubos o que é medido é o atraso da inclinação do tubo secundário em relação ao primário. Mas como dissemos isso são detalhes ínfimos e como vcs viram n muda em nada o princípio de funcionamento.

Quando trabalhamos com fluido a altas temperaturas o deslocamento da freqüência da ressonância, que surge da expansão térmica do material do tubo de medição, é compensada pelo próprio medidor que possui também um sensor de temperatura incorporada para poder fazer a correção automática da temperatura do fluído. O único requisito necessário em sua instalação é de que o tubo esteja cheio, ou seja, devemos evitar a cavitação.

Aplicação

Os medidores de vazão Coriolis podem medir líquidos, inclusive líquidos com gás entranhado, líquidos com sólidos, gases secos e vapor superaquecido líquidos de alta e baixa viscosidade, lamas, suspensões e emulsões contendo partículas sólidas em suspensão e gases, não dependendo do estado físico desses elementos, desde que a densidade do fluido seja suficientemente elevada para operar corretamente o medidor sem a necessidade de compensação de pressão, temperatura, densidade ou viscosidade.. Eles atendem a especificação dos mais variados processos, na medição de líquidos e gases nas indústrias Petroquímicas, Químicas, Petrolíferas, Farmacêuticas, Alimentícias e outros segmentos indústrias.

Problemas operacionais

1. Perda de pressão, ocorre quando o equipamento é mal instalado ou por falha mecânica do instrumento há maior perda de carga que o esperado, isso ocorre mais facilmente com medidores que possuem dois ou mais tubos medidores. Esse problema pode gerar cavitação e flasheamento.

2.Falhas do circuito eletrônico, ocorrem quando algum componente do circuito eletrônico vem a falhar de modo que afeta a medição da variável.ele pode ser resolvido por calibragem (potenciômetros) ou por substituição de componente do crcuito ou ainda do circuito.

3.Rupturas do tubo em soldas internas, como já vimos em equipamentos industriais, o ponto de solda de um tubo é um ponto frágil e suscetível a ruptura por condições severas ou anômalas de um processo.

 

4.Entupimento do tubo por fases secundárias, os coriolis podem ser usados para medir vazão mássica de fluidos com sólidos ou partículas em suspensão. E acúmulo dessas partículas no tubo medidor pode entupí-lo prejudicando a medição.

5.Sistemas mal instalados, obviamente todo e qualquer instrumento não instalado no processo de forma adequada nunca exercerá sua função corretamente e ainda poderá ser danificado. A solução mais simples é demitir a anta que instalou errado e contratar outra que saiba ler manuais de instalação e seguir os passos presentes no mesmo.

6.Cavitação, como já vimos em equipamento industriais, muitos dos intrumentos ou acessórios conectados a tubulações correm risco de sofrerem cavitação por existir alguma bolsa de ar na tubulações que se divide em bolhas de ar menores que implodem danificando a tubulações e no nosso caso o tubo medidor do coriolis. Esse problema é associado a perda de pressão.

7.Flasheamento de líquidos voláteis, ocorre com a perda grande de pressão, esse efeito pode congelar o tubo medidor e em uma situação extrema o exitador e os sensores eletromagnéticos.

Análise de algumas falhas operacionais numa torre de fracionamento

Análise de algumas falhas operacionais numa torre de fracionamento.

1.            Abertura total da válvula de vapor do trocador de calor aquecedor:

Densidade do produto de base: aumenta, pois com a maior vaporização do produto de entrada só os produtos muito densos irão para a base aumentando a densidade da mesma.

Densidade do produto de topo: aumenta pois além dos produtos considerados, em relação a densidade, leves o topo passa a conter partículas de produtos intermediários devido ao excesso de energia térmica fornecido aumentando assim a densidade do produto de topo.

Densidade do produto das bandejas: aumenta pois produtos considerados, em relação a densidade, leves e intermediários passam para bandejas superiores a qual deveriam estar devido ao excesso de energia térmica fornecido aumentando assim a densidade do produto de cada bandeja.

Nível das bandejas: Diminui pois com excesso de vapor super aquecido aumenta a temperatura interna da torre e por conseguinte a quantidade de produto que vaporiza em cada bandeja fazendo com que o nível em cada uma tenda a diminuir.

Nível da base: Diminui pois como a saída de produto de base se mantém constante e a quantidade de produto que volta para a base em forma de refluxo diminui bem como a quantidade de produto que vai para a base proveniente da vazão de entrada o nível da mesma tende a diminuir.

Vazão de entrada: permanece constante.

Temperatura do topo: aumenta pois com o excesso de vapor todos os produtos da torre ficam super aquecidos até mesmo o de topo que como está mais quente e mais denso e pode não ser condensado totalmente no trocador de calor condensador logo, a quantidade de refluxo diminuiria o que contribuiria ainda mais para o aumento da temperatura do topo da torre ou o refluxo que saísse do condensador poderia estar com temperatura acima do normal o que também aumenta a temperatura de topo da torre.

Temperatura da base: aumenta pois com uma menor quantidade de produto caindo nela, já aquecido em demasia, e o trocador de calor refervedor mantendo seu ritmo operacional normal o pouco produto dela será mais super aquecido ainda no o trocador de calor revervedor e o que voltar da vazão de saída do trocador de calor revervedor com certeza estará com uma temperatura maior do que a que deveria e como o refluxo também está mais quente a temperatura de base aumenta.

Temperatura da bandeja: aumenta pois com o excesso de vapor super aquecido produzido e o refluxo com temperatura acima da normal, faz com que os produtos passem pelas bandejas com temperatura acima do normal contribuindo para aumentar mais ainda a temperatura da bandeja.

  

2.            Fechamento total da válvula de vapor do trocador de calor aquecedor:

Densidade do produto de base: diminui pois como o produto não será pré-aquecido produtos de densidade baixa e intermediária irão para na base por não terem sido vaporizados ainda, logo diminuem a densidade do produto da base.

Densidade do produto de topo: diminui pois com somente o refervedor funcionando e aquecendo o produto do processo, já que não se atinge ponto de ebulição instantaneamente, será vaporizada uma parte muito menor do que a que deveria do produto do processo assim só os produtos mais leves conseguiriam chegar ao topo, diminuindo, assim, a densidade do produto que atingisse o topo.

Densidade do produto das bandejas: diminui pois com somente o refervedor funcionando e aquecendo o produto do processo, já que não se atinge ponto de ebulição instantaneamente, será vaporizada uma parte muito menor do que a que deveria do produto do processo assim só os produtos mais leves conseguiriam passar pelas bandejas e ficar nelas,logo a densidade do produto em cada uma das bandejas diminui.

Nível das bandejas: diminui pois com a diminuição de vapor em movimento ascendente na torre e com pouco produto sendo condensado e retornando a torre em forma de refluxo o nível das bandejas tende a diminuir.

Nível da base: aumenta pois com a maior quantidade de produto do processo indo para ela e com a diminuição da vaporização do produto do processo o nível da base tenderá a subir.

Vazão de entrada: permanece constante.

Temperatura do topo: diminui pois os vapores que atingirão o topo estarão com temperatura inferior a desejada e em pouca quantidade já que o trocador de calor condensador permanece em suas condições operacionais normais haverá muita água de refrigeração para pouco vapor o que diminui mais ainda a temperatura do refluxo e por conseguinte também contribui para diminuir a temperatura de topo.

Temperatura da base: diminui pois  com somente o trocador de calor refervedor funcionando e aquecendo o produto do processo, já que não se atinge ponto de ebulição instantaneamente, além do produto da base está sendo aquecido a temperatura inferior a deseja, o aumento do nível de base contribui para dificultar a tarefa do refervedor que mesmo que aqueça boa parte do produto de base sempre haverá a vasão do produto do processo frio. Assim a temperatura da base diminui.

Temperatura da bandeja: diminui pois com o mau aquecimento do produto do processo a temperatura dos produtos que passarão pelas bandejas stará inferior a desejada e com o refluxo em temperatura, também menor que a desejada a temperatura das  bandejas tende a diminuir.

3.            Abertura total da válvula de entrada de carga:

Densidade do produto de base: permanece constante e dentro do padrão pois essa é a condição normal de operação do processo.

Densidade do produto de topo: permanece constante e dentro do padrão pois essa é a condição normal de operação do processo.

Densidade do produto das bandejas: permanece constante e dentro do padrão pois essa é a condição normal de operação do processo.

Nível das bandejas: permanece constante e dentro do padrão pois essa é a condição normal de operação do processo.

Nível da base: permanece constante e dentro do padrão pois essa é a condição normal de operação do processo.

Vazão de entrada: permanece constante e dentro do padrão pois essa é a condição normal de operação do processo.

Temperatura do topo: permanece constante e dentro do padrão pois essa é a condição normal de operação do processo.

Temperatura da base: permanece constante e dentro do padrão pois essa é a condição normal de operação do processo.

Temperatura da bandeja: permanece constante e dentro do padrão pois essa é a condição normal de operação do processo.

  

4.            Fechamento total da válvula de entrada de carga:

Densidade do produto de base: não existe para ser avaliado pois sem produto do processo entrando na torre não há processo.

Densidade do produto de topo: não existe para ser avaliado pois sem produto do processo entrando na torre não há processo.

Densidade do produto das bandejas: não existe para ser avaliado pois sem produto do processo entrando na torre não há processo.

Nível das bandejas: não existe para ser avaliado pois sem produto do processo entrando na torre não há processo.

Nível da base: não existe para ser avaliado pois sem produto do processo entrando na torre não há processo.

Vazão de entrada: não existe para ser avaliado pois sem produto do processo entrando na torre não há processo.

Temperatura do topo: não existe para ser avaliado pois sem produto do processo entrando na torre não há processo.

Temperatura da base: não existe para ser avaliado pois sem produto do processo entrando na torre não há processo.

Temperatura da bandeja: não existe para ser avaliado pois sem produto do processo entrando na torre não há processo.

5.            Abertura total da válvula de saída do produto de base para fora do processo:

Densidade do produto de base: aumenta pois com a diminuição do nível da base a quantidade de produto que irá para o trocador de calor diminuirá e como a vazão de vapor do mesmo não se altera, a pouca quantidade de produto que vai para seu interior será super aquecida e super  vaporizada, logo só produtos muito densos é que voltarão para a base aumentando a densidade da mesma. (ainda to em dúvida de quando o produto da base chega a zero se tem densidade sem produto, ou seja, diminui a densidade).

Densidade do produto de topo: aumenta pois com super aquecimento do vapor devido a diminuição no nível da base produtos leves, intermediários e pouco densos evaporarão e atingirão bandejas nas quais não deveriam estar devido ao excesso de energia térmica que possuem aumentando assim a densidade do produto que chega ao topo.

Densidade do produto das bandejas: aumenta pois com super aquecimento do vapor devido a diminuição no nível da base produtos leves, intermediários e pouco densos evaporarão e atingirão bandejas nas quais não deveriam estar devido ao excesso de energia térmica que possuem aumentando assim a densidade do produto de cada bandeja.

Nível das bandejas: Diminui pois com excesso de vapor super aquecido aumenta a temperatura interna da torre e por conseguinte a quantidade de produto que vaporiza em cada bandeja fazendo com que o nível em cada uma tenda a diminuir.

Nível da base: Diminui devido a maior retirada de produto e também devido ao menor retorno de produto do refervedor que está super aquecendo o produto que passa por ele contribuindo ainda mais para a diminuição do nível da base.

Vazão de entrada: Permanece constante.

Temperatura do topo: aumenta pois além do vapor que alcança essa região da torre estar mais quente que o normal o condensador não conseguirá manter o refluxo na temperatura desejada logo este virá para a torre com uma temperatura maior que a desejada aumentando, assim, a temperatura do topo da torre.

Temperatura da base: aumenta pois com a entrada de carga pré aquecida e o retorno do refervedor super aquecido e com o refluxo numa temperatura acima do normal a temperatura do produto de base tende a aumentar.(qdo o nível do produto de base chega a zero agente mede temperatura do que n existe?)

Temperatura da bandeja: tende a aumentar pois com o vapor e o refluxo que passam por ela em temperatura acima do normal além do aumento da temperatura interna da torre que faz com que mais partículas do líquido presente na bandeja evaporem aumenta a temperatura na mesma.

  

6.            Fechamento total da válvula de saída do produto de base para fora do processo:

Densidade do produto de base: diminuirá pois com o ascendente nível da base pó produto de base atingirá a entrada de carga e a saída do refervedor o que fará com que os vapores leves e intermediários voltem a se misturar com o produto de base e escapem dele em menor quantidade que o padrão diminuindo assim a densidade do produto de base.

Densidade do produto de topo: aumenta pois as partículas que o alcançarem poderão estar carregando partículas mais pesadas que elas por borbulhar no produto de base logo essas partículas mias densas contribuirão para aumentar a densidade do produto de topo da torre.

Densidade do produto das bandejas: aumenta pois as partículas que as transpassarem poderão estar carregando partículas mais pesadas que elas por borbulhar no produto de base logo essas partículas mias densas contribuirão para aumentar a densidade das bandejas

Nível das bandejas: com a diminuição do vapor ascendente o nível das bandejas tende a diminuir.

Nível da base: aumenta em virtude da alimentação permanecer constante enquanto a válvula de retirada de produto de base está fechada.

Vazão de entrada: permanece constante.

Temperatura do topo: diminui pois os vapores que atingirão o topo estarão com temperatura inferior a desejada e em pouca quantidade já que o trocador de calor condensador permanece em suas condições operacionais normais haverá muita água de refrigeração para pouco vapor o que diminui mais ainda a temperatura do refluxo e por conseguinte também contribui para diminuir a temperatura de topo.

Temperatura da base: diminui pois haverá um acúmulo de produto na base elevando o nivela da mesma e comprometendo o aquecimento do fluido de base e como ele não é aquecido totalmente devido a seu grande volume sua temperatura fica inferior a desejada.

Temperatura da bandeja: diminui pois com o vapor que passa por ela com temperatura inferior a comum e o refluxo estando mais frio do que o que deveria a temperatura nela tende a diminuir.

  

7.            Abertura total da válvula de vapor do trocador de calor refervedor:

Densidade do produto de base: aumentará pois o com o super aquecimento do produto de base que vai para o refervedor só produtos muito densos voltarão e cairão novamente na base o que aumentará a densidade da mesma.

Densidade do produto de topo: aumenta pois a maior vaporização de produtos leves, intermediários, e densos faz com que produtos intermediários alcancem o topo da torre aumentando a densidade do produto dessa região.

Densidade do produto das bandejas: aumenta pois com o excesso de vapor em sentido ascendente partículas densas e intermediárias alcançam bandejas superiores as quais deveriam se encontrar normalmente contribuindo para aumenta a densidade em cada bandeja.

Nível das bandejas: diminui devido ao aumento da temperatura interna da torre, do aumento da temperatura do refluxo, do aumento da temperatura do vapor que passa pela bandeja o nível tende a diminuir com o aumento da vaporização do fluido presente nela.

Nível da base: diminui pois com o super aquecimento do produto do processo uma quantidade menor de produto de saída do refervedor volta a base o que contribui para a diminuição do nível da mesma ou ainda se o condensador não conseguir liquefazer os vapores de topo totalmente a diminuição da quantidade de refluxo também agravará a situação de diminuição do nível da base.

Vazão de entrada: permanece constante.

Temperatura do topo: aumenta devido ao aumento da temperatura do vapor que chega ao topo e pelo refluxo voltar para a torre com temperatura maior que a devida o que aumenta a temperatura dessa região da torre.

Temperatura da base: aumenta pois o produto do processo continua sendo pré-aquecido no aquecedor, o pouco produto que sai da entrada de produto do refervedor na torre está super aquecido, e o refluxo está com temperatura acima da padrão aumentando, assim, a temperatura da base.

Temperatura da bandeja: aumenta pois com o excesso de vapor super aquecido produzido e o refluxo com temperatura acima da normal, faz com que os produtos passem pelas bandejas com temperatura acima do normal contribuindo para aumentar mais ainda a temperatura da bandeja.

  

8.            Fechamento total da válvula de vapor do trocador de calor refervedor:

Densidade do produto de base: diminui pois o produto da base não será mais aquecido pelo refervedor assim os produtos alguns leves e intermediários continuarão constituindo esse produto e diminuindo sua densidade

Densidade do produto de topo: diminui pois como somente os produtos leves e alguns intermediários que são vaporizados no aquecedor conseguem subir e só os muito leves conseguem atingir o topo da torre diminuindo assim a densidade do produto da mesma.

Densidade do produto das bandejas: diminui pois como somente os produtos leves e alguns intermediários que são vaporizados no aquecedor conseguem subir isso contribui para diminuir a densidade dos produtos em cada bandeja.

Nível das bandejas: diminui pois com a diminuição de vapor em movimento ascendente na torre e com pouco produto sendo condensado e retornando a torre em forma de refluxo o nível das bandejas tende a diminuir.

Nível da base: aumenta pois com a maior quantidade de produto do processo indo para ela e com a diminuição da vaporização do produto do processo o nível da base tenderá a subir.

Vazão de entrada: permanece constante.

Temperatura do topo: diminui pois sómente o aquecedor está vaporizando o produto do processo logo o derivado que chega até o topo chega com temperatura inferior a desejada e ao ir para o condensador retorna em forma de refluxo mais frio ainda e isso contribui para a diminuição da temperatura de topo.

Temperatura da base: diminui pois como o refluxo está mais frio que o que deveria e com o produto de base sendo somente pré-aquecido (ficando com temperatura inferior a normal) a temperatura da base tende a diminuir.

Temperatura da bandeja: diminui devido ao refluxo que passa por elas estar com temperatura abaixo do normal bem como pelo fato do vapor que as transpassa estar com temperatura inferior a desejada.

  

9.            Abertura total da válvula de entrada do refluxo na torre:

Densidade do produto de base: diminui pois como a vasão de reflu7xo aumenta maior quantidade de produto leve chaga a base diminuindo a densidade do produto presente na mesma.

Densidade do produto de topo: diminui pois o refluxo é um produto bem leve e ao se misturar com o produto de topo, pouco mais denso que ele diminui a densidade do produto presente lá.

Densidade do produto das bandejas: diminui pois o refluxo é um produto bem leve e ao se misturar com o produto presente em cada uma das bandejas ele diminui a densidade dos mesmos.

Nível das bandejas: tende a subir devido a maior vazão de refluxo logo maior quantidade desse fluido na bandeja causando aumento e transbordamento do fluido da bandeja em tempo menor que o normal.

Nível da base: aumenta pois quanto maior a vazão de refluxo as vazões de retirada de produto de base para refervedor e para fora do processo continuam a mesma e com excesso de refluxo chegando o nível da base tende a aumentar.

Vazão de entrada: permanece constante.

Temperatura do topo: diminui pois o refluxo é um produto frio que tende a manter a temperatura de topo em determinado valor, logo com o aumento de sua vasão a temperatura de topo diminui.

Temperatura da base: diminui pois como o refluxo é o produto mais frio da torre o aumento de sua vazão irá acarretar influência na temperatura do produto de base o que diminuirá sua temperatura.

Temperatura da bandeja: diminui pois com maior quantidade de refluxo passando por ela o produto da bandeja tende a ser resfriado e logo tem sua temperatura diminuída.

  

10.        Fechamento total da válvula de entrada do refluxo na torre:

Densidade do produto de base: aumenta pois como não há refluxo na torre, o produto leve do refluxo não vai mais a base logo a densidade do produto de base tende a aumentar pois só os produtos densos ficarão nela.

Densidade do produto de topo: aumenta pois como não há refluxo o produto de topo fica com a mesma densidade do vapor que chega até o topo da torre ou seja superior ao devido.

Densidade do produto das bandejas: aumenta pois como não há refluxo o produto de topo fica com a mesma densidade do vapor que chega até elas ou seja densidade maior que a correta.

Nível das bandejas: diminui pois não há mais vazão de refluxo para compensar a parte do fluido da bandeja que evapora e pode até impedir que o produto de uma bandeja transborde para outra.

Nível da base: diminui pois como não há vazão de refluxo e as retiradas da base permanecem constantes o nível da mesma tende a diminuir.

Vazão de entrada: permanece constante.

Temperatura do topo: aumenta pois como não há mais refluxo no topo só em encontra os vapores leves em temperatura alta e que tende a aumentar mais ainda devido ao não resfriamento da torre com o refluxo.

Temperatura da base: aumenta pois como não há refluxo a base fica apenas com parte do produto pré-aquecido e com os resíduos muito quentes que provém do refervedor logo a sua temperatura tene a aumentar.

Temperatura da bandeja: aumenta sem o refluxo a temperatura de cada bandeja fica inicialmente igual a do vapor que passa por ela e tende a subir.

  

11.        Abertura total da válvula de água do trocador de calor condensador:

Densidade do produto de base: diminui pois o trocador de calor passará a produzir mais refluxo o que aumentará a quantidade do mesmo circulando na torre e por conseguinte na base o que diminui a densidade do produto presente na mesma.

Densidade do produto de topo: diminui pois com maior quantidade de refluxo no topo, que é um fluido muito leve, ele ajuda a diminuir a densidade do topo da torre quando se mistura ao produto de topo presente lá.

Densidade do produto das bandejas: diminui pois o refluxo é um produto bem leve e ao se misturar com o produto presente em cada uma das bandejas ele diminui a densidade dos mesmos.

Nível das bandejas: tende a subir devido a maior vazão de refluxo logo maior quantidade desse fluido na bandeja causando aumento e transbordamento do fluido da bandeja em tempo menor que o normal.

Nível da base: aumenta pois quanto maior a vazão de refluxo as vazões de retirada de produto de base para refervedor e para fora do processo continuam a mesma e com excesso de refluxo chegando o nível da base tende a aumentar.

Vazão de entrada: permanece constante.

Temperatura do topo: diminui pois o refluxo é um produto frio que tende a manter a temperatura de topo em determinado valor, logo com a abertura da válvula de água do condensador a temperatura dele tende a ser menor que a esperada e quando ele vai ao topo da torre a temperatura de topo diminui.

Temperatura da base: diminui pois o refluxo é um produto frio e com a abertura da válvula de água do condensador a temperatura dele tende a ser menor que a esperada e quando ele vai a torre que chega a base interfere na temperatura do produto de base logo a temperatura da base diminui.

Temperatura da bandeja: diminui pois o refluxo é um produto frio e com a abertura da válvula de água do condensador a temperatura dele tende a ser menor que a esperada e quando ele vai ás bandejas provoca uma diminuição da temperatura do fluido que se encontrava sobre ela.

12.        Fechamento total da válvula de água do trocador de calor condensador:

Densidade do produto de base: aumenta pois o fechamento dessa válvula impede a condensação do produto de saída do topo da torre que originaria o refluxo. Assim o produto volta em forma de gás para a torre e como é volátil demais e não vai encontrar nenhuma diminuição de temperatura que o torne liquefeito, ele não desce logo a base fica somente com produtos mais densos e sua densidade aumenta.

Densidade do produto de topo: diminui pois o produto de topo se misturará com o gás leve que retorna no lugar do refluxo e sua densidade diminuirá. (mas se a temperatura aumenta partículas intermediária não vão chegar ao topo o tornando mais denso?)

Densidade do produto das bandejas: aumentará pois como não há refluxo a temperatura interna da torre tende a aumentar  e partículas intermediárias e densas podem adquirir energia térmica suficiente para ir a bandejas superiores a que devem ficar aumentando a densidade das mesmas.

Nível das bandejas: diminui pois com o aumento da temperatura da torre e com a ausência de refluxo uma parte maior do produto da bandeja tende a se vaporizar e seu nível tende a diminuir.

Nível da base: diminui pois com a falta de refluxo e a retirada de produto da base constante a tendência do nível de base é diminuir.

Vazão de entrada: permanece constante.

Temperatura do topo: aumenta pois o produto que deveria originar o refluxo não foi condensado ou ao menos resfriado e os vapores do produto de base continuam subindo e aumentando a temperatura de topo da torre.

Temperatura da base: aumenta pois com a ausência de refluxo não há fluido frio ara “compensar” (resfriar) o aquecimento do produto de base sofrido nos trocadores de calor aquecedor e refervedor logo a temperatura da base tende a aumentar ao invés de ficar constante.

Temperatura da bandeja: aumenta pois a temperatura do produto de base aumenta, o que significa vapor acima da temperatura, há a ausência de refluxo, ou seja, nada para resfriar as bandejas, logo a temperatura dos fluidos das bandejas aumenta.

  

13.        Abertura total da válvula de retirada do produto de topo do processo:

Densidade do produto de base: aumenta pois a quantidade de refluxo que chegará a base será menor que a esperada logo poucos produtos leves chegarão a base o que aumentará a densidade de seu produto.

Densidade do produto de topo: aumentará pois como a quantidade de refluxo vai diminuir fazendo com que menos refluxo se misture ao produto de topo, a densidade dele aumentará.

Densidade do produto das bandejas: aumentará pois com menor circulação de refluxo a temperatura da torre aumentará e mais partículas de produtos intermediários e densos conseguirão a energia térmica necessária para que elas migrem para uma bandeja superior, porém indevida a elas o que aumenta a densidade do produto das bandejas.

Nível das bandejas: diminui pois embora haja refluxo sua vazão é reduzida e insuficiente para evitar maior evaporação das partículas dos fluidas da bandeja devido ao aumento de temperatura e acarrete a diminuição do nível das bandejas;

Nível da base: diminui pois embora haja refluxo sua vazão é insuficiente para compensar, juntamente com a entrada de carga, as retiradas do produto de base e evitar a diminuição do nível da base.

Vazão de entrada: permanece constante.

Temperatura do topo: aumenta pois uma das funções do refluxo é regular a temperatura de topo, e como sua vazão está reduzida a temperatura do topo sobe.

Temperatura da base: aumenta devido a pouca quantidade de refluxo que chega até a base fazendo com que a temperatura da base saia de sua constante e aumente.

Temperatura da bandeja: aumenta pois embora haja refluxo sua vazão é reduzida e insuficiente para evitar maior evaporação das partículas bem como o aumento da temperatura na torre e nas bandejas.

  

14.        Fechamento total da válvula de retirada do produto de topo do processo:

Densidade do produto de base: diminui pois com o aumento da vazão de refluxo, pelo tubo de saída do produto de topo indevidamente, mais produto leve se dirige a base e a densidade de seu produto diminui.

Densidade do produto de topo: diminui pois com o excesso de refluxo se misturando ao produto de topo sua densidade se reduz.

Densidade do produto das bandejas: diminui pois com o excesso de refluxo se misturando ao produto de cada bandeja sua densidade se reduz.

Nível das bandejas: aumenta devido a elevada vazão de refluxo.

Nível da base: aumenta devido a maior vazão de refluxo.

Vazão de entrada: permanece constante.

Temperatura do topo: diminui pois o refluxo em excesso consegue manter o topo com uma temperatura menor que a desejada apresar da constante chegada de vapor.

Temperatura da base: diminui pois o excesso de refluxo altera a temperatura do produto de base colocando-a em um valor abaixo do esperado.

Temperatura da bandeja: diminui em virtude do excesso de refluxo que circula em sua suérfície.

Partes e Funções da Coluna de Fracionamento

Por: Antonio Bruno Vivas-nº01

Antônio Ricardo D’Araújo-nº02

Celso Vinicios da Silvanº03

Dandara Alana Alcântara-nº04

Partes e Funções da

Coluna de Fracionamento

Salvador, 14 de Junho de 2010

 Por: Antonio Bruno Vivas-nº01

Antônio Ricardo D’Araújo-nº02

Celso Vinicios da Silvanº03

Dandara Alana Alcântara-nº04

Partes e Funções da

Coluna de Fracionamento

Trabalho apresentado ao professor Cláudio Reynaldo da disciplina de Equipamentos Industriais da turma 5822, turno matutino do curso de Automação e Controle Industrial

Salvador, 14 de Junho de 2010

Resumo

A destilação na área industrial é de suma importância para os diversos processos que ocorrem na mesma,  pois a destilação de um determinado produto, fornece diversos derivados do mesmo, servindo agora, de matéria prima para diversas aplicações. Desta forma, serão abordadas ao longo do relatório as partes que compõe uma torre de fracionamento ou destilação, assim como, a função de cada parte.Com a realização deste trabalho esperamos ampliar nosso conhecimento, já que como futuros técnicos em automação industrial faz-se necessário a aprendizagem do tema abordado.Além de passar o conhecimento adquirido aos demais interessados acerca do assunto.

Palavras-chave :coluna de fracionamento, torre de destilação

Sumário

Introdução

Colunas de Fracionamento 

Seções

Outros Equipamentos 

Equipamentos auxiliares

Materiais

Conclusão

Referências Bibliográficas 

 1.0                Introdução

Vários filmes ou desenhos animados mostram imagens do petróleo como um líquido espesso e escuro jorrando para o alto ou fluindo de uma plataforma de perfuração. Mas quando você coloca gasolina no carro, já deve ter percebido que ela não é escura nem espessa. Além disso, há muitos outros produtos que são derivados do petróleo, como giz de cera, plásticos, óleos, combustíveis, querosene, fibras sintéticas e pneus. Como é possível conseguir esses e outros produtos a partir do petróleo bruto? 

O meio mais comum de separação no refino de petróleo, na petroquímica e no processamento do gás natural é a destilação fracionada, que utiliza a diferença entre os pontos de ebulição da mistura num processo de aquecimento, separação e esfriamento dos produtos.

  

2.0                Colunas de Fracionamento

A destilação industrial é realizada em grandes colunas cilíndricas verticais conhecidas "torres de destilação ou fracionamento" ou "colunas de destilação". As torres de destilação tem escoadouros de líquidos a intervalos na coluna, os quais permitem a retirada de diferentes frações ou produtos que possuem diferentes pontos de ebulição.

Ela é utilizada em um processo quando se quer separar um produto em dois ou mais derivados, por meio da evaporação e condensação entres os componentes em questão. Essa separação é feita através da destilação utilizando o calor como o agente que irá promover a separação. Nesses equipamentos não ocorre nenhum tipo de reação química, e sim trocas térmicas e mudanças de estado da matéria. No caso específico do nosso trabalho, daremos maior ênfase às partes de uma torre de fracionamento, que podem ser dividas em várias partes.

O Casco é a região onde ocorre todo o processo de fracionamento, possui uma forma cilíndrica e é fechado nas duas extremidades por dois tampões, formando assim um vaso de pressão com diversos acessórios internos. O tamanho da torre será determinado por cada tipo de processo específico, ou seja, a altura da torre deve ser adequada ao tipo de separação que se deseja.

A depender da altura da torre o casco pode ser inteiro ou em anéis que serão unidos por meio de solda, de flange, ou de parafusos a depender do processo. Os tampos são peças com o mesmo diâmetro do casco geralmente de forma elíptica ou torrisférica que vedam as extremidades da torre.

  

3.0 Seções

A Seção de topo é constituída: por um bocal de saída que é utilizado para saída de vapor, por um bocal de entrada de refluxo (fluido do interior da torre que vai de um prato a outro), pelo distribuidor que melhora a distribuição de líquidos nas bandejas; pelo demister (Eliminador de névoa que não permite a passagem de gotículas de líquido em suspensão nas saídas de gás e vapor), e geralmente por chaminés que são instaladas nas panelas de retirada total, permitindo a passagem do vapor da seção inferior para a superior.

Seção Intermediária é a região entre a seção de topo e a seção de fundo constituída por bocais de entrada de carga, prato, chicanas entre outras partes comuns as três partições, e de saída de retiradas intermediárias, além de panelas de retirada total ou parcial.

Seção do Fundo é a região onde ficam os produtos mais pesados, chamados de produtos residuais, que dão origem a borra asfáltica. Existe nesse local bocais de saída para permutadores de calor do tipo referverdor, além, de bocais para a entrada de vapor já aquecido e é também o local onde fica encaixado o suporte de sustentação. Nela podemos encontrar também as bocas de visitas que são aberturas encontradas no casco com posição estratégica para facilitar o acesso ao interior do mesmo para manutenção, inspeção ou montagem. Na maioria dos cascos as bocas de visitas são construídas parecidas com um bocal flangeado, e tampadas por um flange cego. São bocais em torno de 20”.

  

4.0 Bandejas ou Pratos

As Bandejas ou Pratos são elementos colocados no interior do casco dispostas de forma paralela entre si, perpendicular a superfície do casco, em determinado número tendo e intervalos iguais, nesses pratos existem vertedores com as funções de formar um nível de líquido sobre o prato e direcionar o líquido que transborda para o prato abaixo. E também existem passagens para a passagem de vapor ou gases. Então, os líquidos tenderam a descer e os fluidos gasosos tenderam a subir. Pode variar com os seguintes tipos:

As bandejas de borbulhadores são chapas com a mesma forma do casco da torre com pequeninas chaminés em sua superfície recobertas por uma peça de fechamento chamada capacete que ao ser adaptada permite certa distância do topo da chaminé e possui pequenos furos verticais que permitem o escape do vapor e maior contato do fluido com o mesmo e que o fluido vaze por alguma das pequenas chaminés, só sendo presentes em equipamentos antigos.

As bandejas valvuladas possuem pequenas válvulas em sua superfície que só abrem quando há passagem de vapor em sentido ascendente e se fecham após isso impedindo a entrada do fluido a ser destilado em seu interior (vazamento). Esse tipo de prato junto com o perfurado são os mais comuns na industria e não apresentam um range bem definido de velocidade de escoamento para os fluidos.

Já as bandejas perfuradas não são nada mais nada menos que chapas com orifícios de diâmetro dependente do processo por onde passará o vapor que entrará em contato com o fluido que inunda a bandeja.  Esse tipo de bandeja não é aconselhada para se trabalhar com baixas vazões de vapor e existe probabilidade significativa dos orifícios entupirem em processos com contaminantes.

As bandejas ou pratos podem ser divididos em: Zona de dispersão ativa (varia de 40 a 70% do prato),Zona periférica de enrijecimento e suporte(varia de 2 a 5% do prato), Zona de separação e de distribuição(varia de 5 a 20% do prato), Zona dos vertedores (varia de 10 a 30% do prato).  Ou ainda em: Zona I (zona de espuma de altura variável), Zona II (região de grandes gotas que coalescem e retornam ao prato), Zona III (região de pequenas gotas que são arrastadas para o prato de cima e voltam ao prato ao prato de origem com o líquido). (Slide Curso de destilação e extração –COFIC- DESTILAÇÃO 07 e 08)

  

5.0 Vertedouros ou downcomers

Cada coluna tem dois condutores, um de cada lado, chamado vertedouro (canal de descida ou, como usa-se muito na prática o termo em inglês, "downcomer") por onde o líquido cai por gravidade, de um prato para o outro, localizado imediatamente abaixo dele. Esses canais podem ser tubos ou mesmo uma chapa metálica entre o prato e o casco que deixa uma determinada lacuna (Apostila torres_petrobras.pdf).

Contudo as bandejas, independente do tipo de passagem do vapor podem possuir tipos de escoamento como cruzado, dividido, ou radial. No sentido de fluxo cruzado o produto entra por um lado percorre o prato e sai pelo outro lado sendo permitido o uso de vertedoutros para diâmetros até 2m; no sentido de fluxo dividido o liquido entra pelo centro e sai pelas laterais do prato sendo mais comum seu uso em torres de grande diâmetro; no sentido de fluxo radial o produto líquido sai do centro e se espalha pelo prato que possui aberturas de saída em sentido radial.

  

6.0 Panelas e Chicanas

Próximos aos pratos existem as panelas que são dispositivos colocados ao longo da torre de fracionamento, a fim de promover a retirada de quantidades de produtos ao longo da torre. As panelas podem ser de retirada total ou parcial, o que irá diferencia uma da outra, é a forma. A panela de retirada total é caracterizada por não permitir que o líquido se conduza a bandeja inferior à panela. Já a panela de retirada parcial, o produto transborda para a bandeja inferior.

Em algumas torres outro elemento é comum: as chicanas que são instrumentos colocados na torre de fracionamento, a fim de fazer com que o vapor e o líquido fiquem mais tempo na torre. Não é empregada em todos os tipos de torres de fracionamento, pois não recomendada quando se quer uma boa separação.

 7.0 Equipamentos Auxiliares

Essas torres de fracionamento são formadas também por uma série de equipamentos auxiliares que são equipamentos necessários para que haja o processo de fracionamentos. Exemplos desses instrumentos são:

·               Trocador de Calor: são equipamentos destinados a realizar a troca térmica entre determinados produtos, no casso da torre de fracionamento, os tipos que são utilizados são:

§   Condensador: É normalmente conectado a parte superior da torre de fracionamento e tem como finalidade fazer à condensação dos vapores leves que atingem o topo da coluna.

§   Referverdor: É conectado normalmente na região da base da torre de fracionamento, possui como função: aquecer o fluido que se acumula na parte de baixo da torre (base) e como conseqüência ocorre novaa evaporação dos produtos voláteis não vaporizados da primeira vez que entraram na torre.

§   Aquecedor: tem a finalidade de aquecer o produto de entrada da torre para que a maior parte do mesmo se vaporize e geralmente é conectado ao corpo intermediário da torre.

§   Resfriador: tem finalidade de resfrias, geralmente, os produtos finais da torre para melhorar suas condições de armazenamento ou colocar algum deles em condições adequadas para a continuidade do processo, quando necessário.

·         Bombas: responsável pela alimentação da torre com a carga de líquidos e por promover a retirada de produtos.

·         Caldeiras: fornece o vapor para os trocadores de calor e para a torre.

·         Tanques: locais onde são armazenados os produtos relacionados ao processo da torre. Como matéria prima (insumos), produtos finais, utilidades, e mesmo os ranques de armazenamento provisório para algum caso de emergência no processo.

• Filtros rotativos: realiza a separação entre as substâncias compostas por soluto e solvente, de forma que retenha o composto mais sólido.
• Tambor de acúmulo: recipiente que armazena o produto resfriado no trocador de calor condensador, no topo da torre.

Além desses equipamentos, sensores e controladores de pressão, nível, vazão e temperatura são instalados ao longo da torre para garantir uma maior eficiência na destilação.

Na parte externa as torres geralmente possuem escadas e Plataforma de acesso que são equipamentos utilizados apenas para se ter acesso a torre, para uma vistoria ou manutenção e suportes que normalmente são utilizados para suportar as torres de fracionamentos, uma saia que um suporte muito empregado na maioria dos vasos de pressão.

8.0 Materiais

Vale ressaltar que os materiais utilizados por esses equipamentos que compõe a torre de fracionamento, irão depender do processo, pois pode existir fatores como: corrosão, temperatura e contaminação; e por isso merece uma atenção quanto a resistência dos materiais. O material mais empregado para as chapas é o aço-carbono, sempre que o produto a ser armazenado não for muito corrosivo para esse tipo de aço, apesar da sobreespessura que se adota para fazer face à corrosão.

  

9.0 Conclusão

A torre de fracionamento de pratos é essencial a refinarias e usinas devido a sua grande utilidade na separação de fluidos. Os equipamentos de uma torre bem, como seu casco varia de processo a processo uma vez que, o tipo de bandeja, a localização das mesmas e das panelas, o material do casco, os equipamentos auxiliares utilizados são escolhidos com base no objetivo do processo e da precisão necessária para atingi-lo.

Todo estudo sobre os equipamentos e acessório dessas torres visa: melhor contato em cada prato que representa uma melhor separação neles e, melhor desempenho da coluna e, assim, menor número de pratos, coluna menor e, principalmente, menores custos de energia e material (carcaça, pratos, componentes internos, etc.).

  

10.0 Referências Bibliográficas

Material Eletrônico:

Slide sobre vasos de pressão do SESI/SENAI.

Slide Curso de destilação e extração –COFIC- DESTILAÇÃO 07 e 08

http://carlosedison.blogspot.com/2009/04/dest-002-internos-de-uma-coluna-de.html

http://labvirtual.eq.uc.pt/siteJoomla/index.php?Itemid=143&id=67&option=com_content&task=view

http://www.poli.usp.br/p/luiz.terron/destilacao/2_paginas_equipamentos/2_2_distilacao_colunas_internas.htm#topo

Material Didático:

REIS, V. Carlos.Vasos de Pressão - Eduardo Ferrer Santiago.EQUIPAMENTOS ESTÁTICOS

Torre – Petrobrás

ROITMAN, Valter-OPERAÇÕES UNITÁRIAS.

Apostila sobre sistemas mecânicos. Aludos do SESI/SENAI da turma de mecatrônica (22837) de 2009