Medição de vazão de ar e gases
Ar comprimido, nitrogênio, oxigênio, argônio, CO₂ e gases de processo. De 1 Nl/h a 3.000 Nm³/h, com escala graduada para o seu gás, na sua pressão. Leitura direta, sem energia elétrica.
Em resumo
Rotâmetro para gases é um medidor de vazão de área variável com escala graduada para um gás específico, na pressão e na temperatura em que ele opera. Como o gás é compressível, a mesma altura do flutuador representa vazões diferentes em pressões diferentes. Por isso a leitura só é correta quando o instrumento é especificado com o gás, a pressão absoluta dentro do tubo e a unidade normal de vazão, como Nm³/h ou Nl/min.
O ponto central
O mesmo instrumento que mede água com folga pode errar mais de 100% em gás se for usado fora da condição de graduação.
O rotâmetro mede pela força que o fluido exerce sobre o flutuador, e essa força depende da densidade do fluido. Em líquido, a densidade quase não muda com a pressão. Em gás, ela sobe na mesma proporção da pressão absoluta: ar a 6 bar manométricos é cerca de sete vezes mais denso do que ar à pressão atmosférica.
Na prática, isso significa que o flutuador de um rotâmetro de gás indica o volume que está passando dentro do tubo, na pressão do tubo. Para transformar essa leitura em uma vazão útil, comparável e faturável, a escala é graduada em unidades normais (Nm³/h, Nl/min), já considerando o gás, a pressão e a temperatura de operação.
É por isso que, ao especificar um rotâmetro para gás, a pressão entra antes da faixa de vazão. E é por isso que um rotâmetro de ar comprado "de prateleira" e instalado em outra pressão raramente mostra o número certo.
Unidades de vazão de gás
Quatro unidades, quatro condições de referência. Confundir uma com a outra é a origem de metade dos erros de compra.
| Unidade | Condição de referência | Quando usar | Conversão |
|---|---|---|---|
| Nm³/h | 0 °C e 1,01325 bar absolutos | Padrão industrial no Brasil e na Europa | 1 Nm³/h = 16,67 Nl/min |
| Nl/min · Nl/h | 0 °C e 1,01325 bar absolutos | Pequenas vazões: purga, analisadores, laboratório | 1 Nl/min = 60 Nl/h |
| Sm³/h · SLPM | 15 °C ou 20 °C, conforme norma adotada | Contratos de gás e equipamentos importados | Confirmar a temperatura base |
| SCFM | 60 °F e 14,696 psia (padrão americano) | Compressores e equipamentos de origem norte-americana | 1 SCFM ≈ 1,61 Nm³/h |
| m³/h real (Am³/h) | Pressão e temperatura de operação | Volume ocupado na linha, dimensionamento de tubulação | Depende de P e T de operação |
Na consulta, informe sempre a unidade e a condição de referência. "20 m³/h" sem condição pode significar vazões que diferem entre si por um fator de sete.
Gases atendidos
Densidade relativa ao ar e fator para ler em um rotâmetro graduado para ar, na mesma pressão e temperatura.
| Gás | Densidade relativa ao ar | Fator sobre a leitura em ar | Observação |
|---|---|---|---|
| Ar comprimido | 1,000 | 1,00 | Graduação de referência. Exige filtro e separador de condensado. |
| Nitrogênio (N₂) | 0,967 | 1,02 | Inertização, blanketing e purga. Correção pequena. |
| Oxigênio (O₂) | 1,105 | 0,95 | Exige limpeza para serviço de oxigênio e materiais compatíveis. |
| Argônio (Ar) | 1,379 | 0,85 | Solda TIG/MIG e atmosfera protetora. |
| Dióxido de carbono (CO₂) | 1,519 | 0,81 | Solda, carbonatação e pH. Atenção ao resfriamento na expansão. |
| Hélio (He) | 0,138 | 2,69 | Correção muito grande: pedir escala dedicada. |
| Hidrogênio (H₂) | 0,070 | 3,79 | Inflamável, escala dedicada e área classificada. |
| Metano / gás natural | 0,554 | 1,34 | Queimadores e fornos. Inflamável. |
| Propano / GLP | 1,522 | 0,81 | Queimadores e aquecimento. Inflamável. |
| Amônia (NH₃) | 0,588 | 1,30 | Tóxica e corrosiva: vedações e materiais compatíveis. |
Fator = √(1 ÷ densidade relativa). Vazão real do gás = leitura na escala de ar × fator. Valores aproximados para cálculo rápido; na especificação, a escala é graduada diretamente para o gás. Fatores acima de 1,3 ou abaixo de 0,8 justificam escala dedicada.
Correção de leitura
Quando o rotâmetro opera fora da condição em que foi graduado, a vazão real em unidade normal é obtida assim, com pressões absolutas (manométrica + 1,013 bar) e temperaturas em kelvin (°C + 273,15):
Qreal = Qlida × √[ (Pop × Tcal) ÷ (Pcal × Top) ] × √( SGcal ÷ SGop )
Instrumento graduado à pressão atmosférica
| Pressão no tubo (bar man.) | Fator |
|---|---|
| 0 (atmosférica) | 1,00 |
| 1 | 1,41 |
| 2 | 1,72 |
| 4 | 2,22 |
| 6 | 2,63 |
| 8 | 2,98 |
| 10 | 3,30 |
Mesmo instrumento, números muito diferentes
Pressão: rotâmetro de ar graduado à pressão atmosférica, instalado em rede de 4 bar manométricos. Fator 2,22. A leitura de 20 Nm³/h corresponde a cerca de 44 Nm³/h reais.
Gás: rotâmetro graduado para ar a 4 bar, usado com argônio na mesma pressão. Fator 0,85. A leitura de 20 Nm³/h corresponde a cerca de 17 Nm³/h de argônio.
Temperatura: pesa menos. Gás a 40 °C em escala graduada a 20 °C tem fator 0,97.
Válvula de regulagem
Em gás, a posição da válvula define a pressão dentro do tubo. E a pressão dentro do tubo define a escala.
Saída para atmosfera ou pressão fixa
O gás é estrangulado antes do tubo e o rotâmetro trabalha na pressão de saída. É o arranjo típico de purga, amostragem, analisadores e bancadas que descarregam para a atmosfera.
A escala é graduada para a pressão de saída, normalmente atmosférica.
Alimentação estável, saída variável
O tubo fica na pressão da linha de alimentação, que é controlada por regulador. Variações a jusante não mudam a densidade do gás dentro do instrumento, e a leitura continua válida.
É o arranjo típico de ar comprimido, inertização e alimentação de processo. Também reduz a oscilação do flutuador.
Construções para gás
Fabricação Blaster Controles em São Paulo, com escala graduada para a condição real de operação.
Vidro borossilicato
A construção padrão para gases industriais: ar, nitrogênio, argônio, CO₂, amônia, propano e outros. Resistência química do vidro e ampla faixa de vazão.
Policarbonato de alto impacto
Para ar comprimido e gases inertes em baixa pressão, em utilidades e painéis. Mais resistente a choque mecânico que o vidro e com melhor custo.
Sob consulta
Metálico blindado com indicação magnética para alta pressão, gases tóxicos e áreas onde a quebra do tubo é inaceitável. Rotâmetro de painel com válvula de agulha para pequenas vazões em bancadas e analisadores.
Faixas de catálogo em água e dimensões na página rotâmetro para água. Para gás, cada escala é calculada a partir do gás e da pressão de operação.
Especificação
Com eles, a escala sai certa na primeira rodada.
Nome do gás ou composição da mistura. Define a densidade, os materiais e os cuidados de segurança (oxigênio, inflamáveis, tóxicos).
Em Nm³/h, Nl/min ou SCFM, sempre com a condição de referência. Com rangeabilidade 1:10, a vazão normal deve ficar entre 30% e 90% da escala.
Pressão manométrica no ponto onde o rotâmetro será instalado. É o dado que mais altera a escala.
Temperatura de operação no instrumento. Define a correção térmica e o material das vedações.
Entrada, saída ou sem válvula, e para onde o gás descarrega. Define se a escala é graduada na pressão de alimentação ou de saída.
Rosca, flange, tri-clamp ou montagem em painel, diâmetro da linha e necessidade de alarme de mínima e máxima vazão.
Instalação e segurança
Filtro a montante e, em ar comprimido, separador de condensado. Óleo, água e partículas sujam o tubo, pesam no flutuador e deslocam a leitura.
Como em líquidos, o flutuador trabalha contra o próprio peso. Instrumento a prumo, sem tensão da tubulação sobre as conexões.
Abra as válvulas de bloqueio devagar. Um golpe de pressão lança o flutuador contra o batente superior e pode danificar o tubo.
Em baixa pressão o gás age como mola e o flutuador pula. Mais pressão no tubo, válvula na saída e flutuador esférico resolvem a maioria dos casos.
Exige limpeza para serviço de oxigênio, isenção de óleo e graxa e materiais compatíveis. Isso é definido na especificação, não na instalação.
Hidrogênio, GLP, gás natural e amônia pedem avaliação de área classificada e, conforme pressão e risco, construção metálica blindada.
Onde ele trabalha
Consumo por máquina, bancadas de teste, sopro, agitação de tanques e aeração de efluentes.
Blanketing de tanques, purga de linhas e reatores, embalagem em atmosfera modificada.
Argônio, CO₂ e misturas de proteção em TIG e MIG, e oxigênio em corte, com leitura no próprio posto.
Ajuste de GLP, gás natural e ar de combustão em fornos, estufas e secadores.
Vazão de amostra, gás de arraste e purga de instrumentos em Nl/h, com válvula de agulha no painel.
Carbonatação com CO₂, atmosfera protetora, plantas piloto e ensaios.
Comparativo
Quando o rotâmetro é a escolha certa para gás, e quando não é.
| Critério | Rotâmetro | Mássico térmico | Vortex | Placa de orifício |
|---|---|---|---|---|
| Grandeza medida | Vazão volumétrica na condição do tubo | Vazão mássica (lê direto em Nm³/h) | Vazão volumétrica | Pressão diferencial |
| Compensação de P e T | Na graduação da escala | Intrínseca | Exige transmissores | Exige transmissores |
| Energia elétrica | Não | Sim | Sim | Depende da instrumentação |
| Baixas vazões | Excelente, a partir de Nl/h | Excelente | Fraco | Fraco |
| Totalização | Não | Sim | Sim | Com instrumentação |
| Custo relativo | Baixo | Alto | Médio a alto | Baixo a médio |
| Melhor uso | Indicar e regular no ponto | Rateio de consumo e controle | Vapor e grandes linhas | Grandes diâmetros |
Precisa ratear consumo de ar comprimido por setor ou enviar a vazão ao supervisório? Mássico térmico. Precisa ver e ajustar a vazão de purga, solda ou analisador no próprio ponto? O rotâmetro continua sendo o mais simples e barato.
Calibração
A calibração de rotâmetro de gás compara a indicação do instrumento com um padrão de vazão de gás rastreável, nas condições de graduação, em pontos do início, do meio e do fim da escala. O certificado informa o erro e a incerteza em cada ponto.
A Blaster Controles calibra medidores de vazão de gás de diversos fabricantes na faixa de 50 a 400.000 Nl/h, pelo método de comparação com medidor padrão (master meter), com rastreabilidade metrológica. Para líquidos, o laboratório é acreditado pela Cgcre/Inmetro sob o número CAL 0667.
Dúvidas frequentes
Sim. O rotâmetro mede ar comprimido, nitrogênio, oxigênio, argônio, CO₂, hélio, hidrogênio, GLP, gás natural e outros gases limpos e secos. A diferença em relação aos líquidos é que a escala precisa ser graduada para o gás, a pressão e a temperatura de trabalho, porque o gás é compressível.
O princípio é o mesmo, mas a escala não. Em líquido a densidade praticamente não muda com a pressão. Em gás ela muda, e a mesma posição do flutuador representa vazões diferentes conforme a pressão dentro do tubo. Por isso o rotâmetro de gás é especificado com a pressão de operação e costuma usar flutuadores mais leves.
São unidades de vazão em condições normais: volume do gás convertido para 0 °C e 1,01325 bar absolutos. Nm³/h é metro cúbico normal por hora e Nl/min é litro normal por minuto (1 Nm³/h = 16,67 Nl/min). Usar unidade normal permite comparar vazões de gás independentemente da pressão da linha.
Pode, aplicando o fator de correção pela densidade relativa: vazão real = leitura × √(1 ÷ densidade relativa do gás). Para argônio o fator é 0,85; para CO₂, 0,81; para nitrogênio, 1,02. Para hélio e hidrogênio o erro é tão grande que o correto é pedir escala dedicada.
Multiplique a leitura por √(P de operação ÷ P de graduação), com as pressões em valor absoluto. Um rotâmetro graduado à pressão atmosférica e usado a 4 bar manométricos tem fator de 2,22: a leitura de 10 Nm³/h corresponde a cerca de 22 Nm³/h reais.
Depende de qual pressão é constante. Se o gás sai para a atmosfera ou para um ponto de pressão fixa, a válvula vai na entrada e o tubo trabalha na pressão de saída. Se a pressão de alimentação é estável e a de saída varia, a válvula vai na saída, e o tubo trabalha na pressão da linha. A escala é graduada para a pressão que fica dentro do tubo.
Por compressibilidade: em baixa pressão o gás funciona como uma mola entre o flutuador e as válvulas, e o flutuador pula. As soluções usuais são trabalhar com pressão maior dentro do tubo, mover a válvula para a saída, usar flutuador esférico ou mais pesado e eliminar pulsação de compressor ou regulador.
Sim, é uma das aplicações mais comuns. A escala deve ser graduada na pressão da rede no ponto de instalação, e a linha precisa de filtro e separador de condensado a montante, porque óleo e água sujam o tubo e travam o flutuador.
Em gases inertes e pressões moderadas, sim, dentro dos limites do fabricante e com proteção frontal. Para gases tóxicos, pressões elevadas ou áreas onde a quebra do tubo represente risco, o indicado é o rotâmetro metálico blindado com indicação magnética.
Não. Fluxômetros para oxigênio em pacientes são dispositivos médicos com registro na Anvisa. O rotâmetro industrial mede oxigênio em processos como corte, solda, tratamento de efluentes e laboratório, e para esse serviço exige limpeza para oxigênio e materiais compatíveis.
Os rotâmetros da linha BL trabalham com ±2% do fundo de escala e repetibilidade de 0,25%, desde que operem nas condições de graduação. Pressão ou temperatura diferentes da graduação geram erro sistemático bem maior que a classe de precisão, por isso a especificação correta é o que garante o número.
O preço depende do gás, da faixa de vazão, do material do tubo, da conexão, da válvula de regulagem, do alarme e da calibração. Modelos de painel para pequenas vazões ficam na faixa de entrada; flangeados para altas vazões ou metálicos para alta pressão custam mais. O orçamento é feito a partir dos dados de processo.
Fabricação nacional em São Paulo desde 2000, com usinagem própria e laboratórios de vazão. Orçamento com o modelo e a escala já calculados.