Como a Pressão e a Temperatura Afetam a Medição de Vazão de Hidrogênio

A medição de vazão de hidrogênio pode ser mais desafiadora do que a medição de muitos gases industriais convencionais. O hidrogênio tem uma densidade muito baixa, e mudanças na pressão e temperatura podem afetar significativamente seu estado físico e vazão volumétrica.

Por essa razão, a pressão e a temperatura devem ser consideradas ao selecionar e configurar um medidor de vazão de hidrogênio, especialmente quando o valor medido precisa ser convertido para vazão mássica ou vazão volumétrica padrão.

1. Por Que a Pressão e a Temperatura São Importantes?

O gás é compressível, portanto, seu volume muda quando a pressão ou a temperatura mudam.

Para a mesma quantidade de hidrogênio, o volume operacional medido pode ser diferente em diferentes condições de pressão e temperatura.

Por exemplo, o hidrogênio fluindo através de um duto sob alta pressão ocupará um volume muito menor do que a mesma quantidade de hidrogênio sob uma pressão mais baixa.

A temperatura tem um efeito semelhante. À medida que a temperatura do gás muda, sua densidade e volume também mudam.

É por isso que a medição de vazão de gás frequentemente requer informações de pressão e temperatura quando o valor final é expresso como volume padrão ou normalizado.

2. O Hidrogênio Tem uma Densidade Muito Baixa

O hidrogênio é o gás mais leve e tem uma densidade muito menor do que o gás natural em condições comparáveis.

Sua baixa densidade pode criar desafios para a medição de vazão baseada em velocidade, pois o gás pode atingir velocidades relativamente altas, mesmo quando a taxa de vazão mássica não é particularmente grande.

Isso torna a seleção do princípio de medição importante.

Dependendo da aplicação, tecnologias como Coriolis, vórtice, massa térmica e outros métodos de medição de vazão de gás podem ser consideradas.

3. Como a Pressão Afeta a Medição de Vazão de Hidrogênio

O aumento da pressão do gás geralmente aumenta a densidade do gás.

Se um medidor de vazão mede a vazão volumétrica sob condições operacionais reais, uma mudança na pressão altera a relação entre volume e massa.

Portanto, se a pressão mudar significativamente durante a operação, o volume operacional medido não pode ser simplesmente comparado a um valor de volume padrão fixo sem aplicar a compensação apropriada.

A medição de pressão pode, portanto, ser usada em conjunto com um medidor de vazão ou computador de vazão para calcular a vazão corrigida ou normalizada.

Para sistemas de medição de gás, a configuração de medição real deve ser selecionada de acordo com a saída necessária:

• Vazão Volumétrica Real

• Vazão Volumétrica Padrão

• Vazão Volumétrica Normal

• Vazão Mássica

4. Como a Temperatura Afeta a Medição de Vazão de Hidrogênio

A temperatura também muda a densidade e o volume do gás.

À medida que a temperatura aumenta, o gás geralmente se expande. À medida que a temperatura diminui, o gás se contrai.

Se um sistema de medição de vazão de hidrogênio relata volume padrão, a temperatura operacional precisa ser considerada ao converter a vazão medida para condições de referência.

A medição de temperatura pode, portanto, ser integrada ao medidor de vazão ou fornecida através de um sensor de temperatura separado, dependendo do projeto do sistema.

5. Pressão e Temperatura Trabalham Juntas

A pressão e a temperatura nem sempre devem ser consideradas independentemente.

Para um gás, a densidade é influenciada tanto pela pressão quanto pela temperatura.

Uma relação simplificada pode ser representada como:

Densidade ∝ Pressão / Temperatura

Esta é uma representação simplificada e os cálculos reais de gás podem exigir um fator de compressibilidade, especialmente quando as condições operacionais se desviam significativamente do comportamento de gás ideal.

Portanto:

Medição de Vazão → Pressão + Temperatura + Propriedades do Gás

pode ser necessária para obter um resultado de massa ou volume de referência mais significativo.

6. Vazão Volumétrica Real vs. Vazão Volumétrica Padrão

Essa distinção é particularmente importante para aplicações de hidrogênio.

Vazão Volumétrica Real

Isso representa o volume ocupado pelo hidrogênio na pressão e temperatura reais no duto.

Vazão Volumétrica Padrão ou Normal

Isso converte a quantidade de gás medida para uma pressão e temperatura de referência definidas.

Diferentes indústrias e contratos podem usar diferentes condições de referência, portanto, o padrão selecionado deve ser claramente especificado.

Um medidor de vazão ou computador de vazão pode usar entradas de pressão e temperatura para realizar essa conversão.

7. Por Que Medidores de Vazão Coriolis Podem Ser Atraentes para Hidrogênio

Medidores de vazão Coriolis medem a vazão mássica diretamente, em vez de calcular a massa a partir da vazão volumétrica e da densidade.

Isso pode simplificar a medição onde a vazão mássica é o parâmetro necessário.

Muitos medidores Coriolis modernos também podem fornecer informações de densidade e temperatura.

No entanto, as aplicações de hidrogênio ainda exigem uma avaliação cuidadosa de:

• Faixa de Vazão

• Pressão

• Temperatura

• Tamanho do Tubo

• Compatibilidade de Materiais

• Conexões de Processo

• Precisão Requerida

• Requisitos de Área Classificada

Portanto, Coriolis não é automaticamente a escolha certa para todas as aplicações de hidrogênio.

8. Medidores de Vazão Vórtice para Hidrogênio

Medidores de vazão vórtice também podem ser usados para medição de gás, incluindo hidrogênio, dependendo da aplicação e configuração do medidor.

O princípio vórtice determina a vazão a partir da frequência de vórtices gerados em torno de um corpo rombudo.

Como a densidade, pressão e temperatura do gás influenciam as condições operacionais, a aplicação deve ser verificada em relação à faixa de medição do medidor.

Informações de pressão e temperatura também podem ser usadas para compensação ou conversão quando valores de volume padrão ou relacionados à massa são necessários.

9. Medição de Vazão de Hidrogênio em Sistemas de Alta Pressão

A compressão, armazenamento e transporte de hidrogênio podem envolver pressões elevadas.

Nessas aplicações, o transmissor de pressão e o medidor de vazão devem ser adequados às condições operacionais reais.

O material do sensor de pressão também é importante, pois o hidrogênio pode permear alguns materiais e pode contribuir para a degradação de materiais relacionada ao hidrogênio.

Portanto, o sistema de medição deve considerar ambos:

Desempenho de Medição

e

Compatibilidade de Materiais

Os instrumentos de pressão, temperatura e vazão devem ser selecionados como um sistema de medição completo, em vez de dispositivos completamente independentes.

10. O Que Deve Ser Verificado Antes de Selecionar um Medidor de Vazão de Hidrogênio?

Antes de solicitar uma cotação, forneça:

• Estado do hidrogênio: gás ou líquido

• Vazão Mínima

• Vazão Normal

• Vazão Máxima

• Pressão Operacional

• Pressão Mínima e Máxima

• Temperatura Operacional

• Temperatura Mínima e Máxima

• Tamanho do Tubo

• Saída Requerida: massa ou volume

• Condições de Referência se volume padrão for necessário

• Requisito de Precisão

• Classificação de Área Classificada

• Conexão de Processo

• Protocolo de Comunicação

Para hidrogênio líquido, condições criogênicas e possível arraste de gás introduzem considerações adicionais de medição.

11. Problemas Comuns na Medição de Vazão de Hidrogênio

Leituras Instáveis

Grandes mudanças na pressão, temperatura ou velocidade de vazão podem contribuir para leituras instáveis, dependendo da tecnologia de medição.

Volume Padrão Incorreto

Condições de referência incorretas ou falta de compensação de pressão e temperatura podem resultar em valores de vazão convertidos incorretos.

Turndown Insuficiente

Aplicações de hidrogênio podem ter uma ampla faixa operacional. Um medidor deve ser verificado em relação às condições de vazão mínima e máxima.

Compatibilidade de Materiais

Sensores de pressão, vedações e materiais molhados devem ser revisados para serviço com hidrogênio.

Alta Velocidade do Gás

A baixa densidade do gás pode resultar em alta velocidade, o que pode limitar a faixa operacional adequada de algumas tecnologias baseadas em velocidade.

Conclusão

Pressão e temperatura são fatores importantes na medição de vazão de hidrogênio porque influenciam a densidade e o volume do gás.

A relação básica é:

Pressão + Temperatura → Densidade do Gás → Relação Volume / Vazão Mássica

Para aplicações que exigem volume padrão ou normalizado, a compensação de pressão e temperatura pode ser necessária. Para aplicações que exigem vazão mássica direta, uma tecnologia de medição de vazão mássica adequada pode simplificar o sistema de medição.

Medidores de vazão Coriolis e vórtice podem ser considerados para serviço com hidrogênio, mas a seleção final deve ser baseada na pressão, temperatura, faixa de vazão, tamanho do tubo, precisão e requisitos de instalação reais.

Podemos fornecer soluções de medição de vazão de hidrogênio de fabricantes como Endress+Hauser, KROHNE, Rosemount e outras marcas de instrumentação industrial, juntamente com transmissores de pressão e temperatura.

Se você estiver selecionando um medidor de vazão para gás hidrogênio, forneça a faixa de vazão, pressão, temperatura e tamanho do tubo para uma revisão de configuração.