Medição de Vazão
• Define-se vazão com sendo a quantidade volumétrica, mássica ou gravitacional de um fluido que passa através de uma seção de uma tubulação ou canal por unidade de tempo.
Conceitos Físicos Básicos
1- Calor Específico
-Quociente da quantidade infinitesimal de calor fornecido a uma
unidade de massa de uma substancia pela variação infinitesimal
de temperatura resultante deste aquecimento.
2- Relação do Calor específico ( k)
É a relação do calor específico de um volume constante e o calor
específico da pressão constante.
K= Cp/ Cv
Cv;Cp - J/Kg.k
3- Viscosidade
- Resistência ao escoamento de um fluido em um duto qualquer
3-1 Viscosidade absoluta ou dinâmica
-atrito interno em um fluido, que se opõe ao movimento relativo de suas moleculas e ao movimento de corpos sólidos que nele estejam
3-2 Viscosidade cinemática
Relação entre a viscosidade absoluta e a massa específica de um fluido tomados à mesma temperatura.
4-Tipos de escoamento
- Laminar
- Turbulento
5- Número de Reynolds
- Determina o tipo de escoamento de um fluido em um duto ( turbulento ou laminar)
v D V
Re
REGIME LAMINAR
Linearizadores de fluidos
4 - TIPOS E CARACTERÍSTICAS DOS MEDIDORES DE VAZÃO
Existem três tipos fundamentais de medidores de vazão: indiretos, diretos e especiais.
1 - Medidores indiretos utilizando fenômenos intimamente
relacionados a quantidade de fluido passante
I - Perda de carga variável (área constante)
Tubo Pitot
Tubo de Venturi
Tubo de Dall
Annubar
Placa de orifício
II - Área variável (perda de
carga constante) Rotâmetro
2 - Medidores diretos de volume do fluido passante
I - Deslocamento positivo
do fluido Disco Nutante
Pistão flutuante
Rodas ovais
Roots II – Velocidade pelo
impacto do fluido Tipo Hélice
Tipo turbina 3 - Medidores especiais
Eletromagnetismo
Vortex
M edição de Vazão por Perda de Carga Variável
Considerando-se um a tubulação com um fluido passante, cham a-se perda de carga dessa tubulação a queda de pressão sofrida pelo fluido ao atravessá-la. As causas da perda de carga são: atrito entre o fluido e a parede interna do tubo, m udança de pressão e velocidade devido a um a curva ou um obstáculo, etc.
O s diversos m edidores de perda de carga variável usam diferentes tipos de obstáculos ao fluxo do líquido, provocando um a queda de pressão. Relacionando essa perda de pressão com a vazão, determ ina-se a m edição de vazão pela seguinte equação:
T p Tp Pp
K P
Q
1 1
Tubo de Pitot
Annubar
Tubo Venturi
“ Os fluido sob pressão, na passagem através de tubos convergentes ganham velocidade e perdem pressão , ocorrendo o oposto em tubos divergentes”
Placa de orifício
Tipos de placas de orificio - Orificio concentrico
- Orificio Excêntricos
- Orifício Segmental
- Tomada de impulso em placa de orifício - tomada de Flange
- Tomada de Vena Contracta
- Tomada de Tubulação
- Tomada de Canto
Dimensionamento de placas
Os seguintes pontos devem ser analisados:
A - características do fluido
A1 - impurezas ou materiais em suspensão
A2 - viscosidade
A3 - característica erosiva
A4 - possibilidade de incrustação
B - características de processo
B1 - perda de carga possível
B2 - pressão diferencial disponível
C - características da instalação
C1 - disponibilidade de trecho reto
C2 - forma da canalização (tamanho, forma)
D - outras
D1 - precisão necessária
D2 - considerações econômicas
D3 - necessidade de instalação em carga
Escolha da pressão diferencial e da relação Beta
1- Na prática recomenda-se o valor de beta entre os valores de 0,5 a 0,7
2- Valores Típicos de pressão diferencial escolhidos
Fluido Pressão diferencial mmH2O
Gases em baixa pressão Gases pressurizados Líquidos
Vapor
Resumo das pressões diferenciais 50
50 500 1000 1000 150
150 1000 2500 5000
1000 2500
500 2500 5000
2500 5000
Transmissor de Vazão por Pressão Diferencial
Os transmissores de vazão por pressão diferencial se baseiam nos mesmos princípios físicos utilizados na
tecnologia de medição de pressão. Assim, são utilizados os tipos piezoelétrico; strain-gauge, célula capacitiva,Silício Ressonante etc..., para medir a pressão diferencial imposta por um elemento deprimogenio cuidadosamente calculado para permitir a obtenção da faixa de vazão que passa por um duto . Como a pressão diferencial é relativamente baixa, as faixas de medição destes transmissores são expressas normalmente em mmH2O, kPa ou polH2O.
Capacidade Multi-Sensora do FT
Transistor Temperatura do Circuito Temperatura
da Capsula Pressão Estática Pressão Sensor
semicondutor
Diagnóstico
Terminal Portátil
F1 F2 F3 F4
ENTER Operação On Line sem
perturbação da malha de controle
RELATÓRIO DATA:
NOME:
Aplicações do transmissor de Pressão Diferencial
Aplicações do transmissor de Pressão Diferencial
Medição de Vazão de Gases
FT
FT
Plugs Válvulas
de Vent TRANSMISSOR
Manifold 3-vias
Válvulas de Bloqueio
Orifício
Tomadas na posição superior para aplicação em
Gases Válvulas de
Dreno Válvulas de Bloqueio
XX
Evitar pontos baixos
Manifold 3-vias
FT
Válvulas de
Bloqueio Manifold
3-vias Tomadas na
posição inferior para aplicação em
Líquidos
Válvulas de
Plugs Válvulas
de Vent
Medição de Vazão de Líquidos
Evitar pontos altos X
TRANSMISSOR Orifício
Medição de Vazão de Vapor
FT
TRANSMISSOR
Tomadas na posição superior para aplicação
em Vapor
Válvulas de Dreno Válvulas
de
Bloqueio Orificío
Pote de Condensado
Manifold 3-vias
Medição de Fluxo Bi-Direcional
Transmissor convencional Transmissor Microprocessado
Fluxo Normal Fluxo Reverso
4 mA 20 mA Saída 4~20 mA
Linear Quadrático Indicador Local
-100 +100
12mA
-100% 0 +100% -100% 0 +100%
Relação entre p e Vazão
Medidores de área Variável - Rotâmetro
Referencia para leitura de Vazão com Rotâmetro
Instalação de Rotâmetros
Disco Nutânte
Rotores de lóbulos
Medidor rotativo de palhetas corrediças
Medidor rotativo de palheta retrátil
Medidor Tipo Turbina
Medidores de Vazão Eletro-magnéticos
Medidores de Vazão Magnéticos Medidores de Vazão Magnéticos
Principio de operação Principio de operação
Corrente de Excitação
Força Eletro- motriz (E)
Eletrodos
Campo Magnético (B) Linha (D)
E = B * V * D
Velocidade do fluido (V) Alimentação AC ou DC
Selagem Superior doEletrodo Selagem Exposta do Eletrodo
Selagem do Eletrodo
Eletrodo Convenciona Eletrodo Moldado
Tubo do Magnético Tubo do Magnético
Construção Mecânica Construção Mecânica
Gás Vapor Líquidos Não-Eletro
Condutivos
Líquidos
Eletro Condutivos
Medidor de Vazão Magnético Medidor de Vazão Magnético
Fluidos Medidos por Magnetic Flowmeter Fluidos Medidos por Magnetic Flowmeter
Relação entre Sinal de Relação entre Sinal de
Excitação and Vazão Excitação and Vazão
Excitação AC Excitação DC Excitação em dupla Frequência
Forma de onda da Exitação
Forma de onda do sinal de
Baixa Vazão
Alta Vazão
Medidores Magnéticos Medidores Magnéticos Principio de Operação Principio de Operação
O
X
Zero
Estabilidade
Ruim
Bom Lama Ruido Excitação AC
O O
Zero
Estabilidade
Bom Bom
Lama Ruido Dual Frequencia
Excitação
X O
Zero
Estabilidade
Ruim Bom
Lama Ruido Excitação DC
diâmetro da linha150mm
Arranjo da Tubulação Registrador
Excitação do Tipo Baixa Frequência
Condições de Medição
Diâmetro = 150mm
Material do eletrodo = Tungsten Carbide
Medidor Eletromagnético Medidor Eletromagnético
Aplicação para Papel & Celulose Aplicação para Papel & Celulose
Massa M, movendo do centro para a extremidade do prato em rotação irá tomar o caminho B
Se a massa M é guiada pela parede A,
a Força de Coriolis será exercida nessa parede.
Massa M, movendo do centro para a extremidade do prato em rotação irá tomar o caminho B
Se a massa M é guiada pela parede A,
a Força de Coriolis será exercida nessa parede.
Efeito CORIOLIS
V velocidade do fluido
Parede A
Caminho B
W velocidade angular
M
Força de Coriolis : Fc = - 2MVxW
Fluido escoando em um tubo elástico em oscilação, provoca
v velocidade do fluido
w velocidade angular
deflexão
Efeito de Coriolis
Sem Vazão : Vibração Paralela
Vazão Mássica : Coriolis Twist
PRINCÍPIO DE OPERAÇÃO
phase shift = Vazão Mássica frequency = densidade
Principio de Medição
Saída do Sensor :
Construção do Sensor Coriolis
Tamanhos de flange A
Excitador
Detetor oscilação Coriolis sensor de Temperatura
Medidor de Vazão Ultrasônico
Por tempo de Transito
– Baseado na medição do tempo de transito da onda ( diferença ) – Ampla área de aplicação em :
» Liquidos, gases e Vapor – Boa performance
Por Efeito Doppler
– Baseadd na medição da variação da frequencia – Limiteda area de applicação:
» Somente para Liquidos com particulas ou bolhas de ar em suspensão – Performance Moderada
d
Tempo de Transito
Tipos de Medidores
US300
Medidores de vazão Ultrasonicos
In-line flowmeters Clamp-on flowmeters
Spool piece Weld-in
Transit-time Doppler Transit-time
Single or Dual Beam
Multi-beam
(Custody transfer)
Clean liquids
or
Gas
Clean liquids
or
Gas
Clean liquids
and High Pressure Gas
Clean liquids
or
Gas
Single or Dual Beam
Dirty liquids
and Aerated liquids
5-beam custody transfer spool piece gas flowmeter Dual beam spool piece
liquid or gas flowmeter Medidor de vazão para Líquidos Single beam Clamp-on
liquid Medidor de Vazão
t t
princípio do “Tempo de Transito”
t
t
t
Como funciona o transdutor
Piezo crystal é excitado :
aplicando uma tensão
Excitado à frequencia :
de 1 Mhz ou 4 Mhz
Alta frequencia , Alta resolução
Alta frequencia, Alta atenuação (damping)
Baixa frequencia para grandes tubulações, Alta frequencia para pequenas
cristal Piezo-elétrico
Forma do pulso de som
Limitação do tipo Tempo de Transito
“visibilidade” Sonica entre os transdutores é mandatorio
Presença de ar ou particulas solidas em suspensão inviabiliza a medição
depende de
– Razão de Amostragem – Processamento do sinal
d
O O O O O O O O O O O O O O
Princípio Doppler
The “Doppler” principle:
– Onda Sonora é transmitida – Particulas refletem a onda – Ocorre mudança naFrequencia
Aplicação:
– Medição Não-intrusiva
– Liquido tem que conter particulas
. d
partiula Solida
Onda sonora transmitida
Onda sonora recebida
Vazão ~ differença da frequencia
Medidores de Vazão Ultrasonico
Portátil
Em Linha
Medidor tipo Vortex
PRINCÍPIO DE OPERAÇÃO
• Brisa Leve
• Fluxo Laminar
• Não há formação de vórtices
• Brisa média
• Fluxo de transição
• Formação irregular de vórtices
•Vento forte
•Fluxo turbulento
•Formação regular de vórtices
Princípio de Operação
Fluxo laminar,
vortices não são formados.
NReynolds = 0 a 5.000
Fluxo de transição,
formação de vórtices irregular.
NReynolds = 5.000 a 20.000 Fuxo turbulento,
formação regular de vórtices.
NReynolds = >20.000
PRINCÍPIO DE OPERAÇÃO PRINCÍPIO DE OPERAÇÃO
Vórtices gerados continuamente
Alternam-se de um lado para o outro
A freqüencia de geração dos vórtices é proporcional à velocidade
Princípio de Operação
O fluxo quando encontra o “Shedder Bar”
se divide, e devido ao formato do anteparo ocorre a formação dos vórtices.
Através do anteparo, os vortices criam um diferencial de pressão alternado. O
anteparo é fisicamente estressado em direção ao lado de baixa pressão do anteparo. A direção da força alterna a
frequência de formação dos vórtices.
Flow Flow
Crystal A Crystal B
Force H L
Um cristal piezoelétrico converte um stress mecânico em um pulso
elétrico. Esse sinal é convertido em uma saída analógica de 4 a 20 mA ou uma saída de pulsos. Os cristais são hermeticamente selados e não entram em contato
com o fluido do
Medidor Vortex Digital com sensor de temperatura incorporado
Sensor de Temperatura
(Pt1000、Classe A)
MEDIDOR VORTEX ULTRA-SÔNICO MEDIDOR VORTEX ULTRA-SÔNICO
Princípio de Medição Princípio de Medição
Conta a frequência dos vórtices por ultra-som
Transmissor T
R
Receptor
T
R
Sensor não molhado
Princípio de Detecção Princípio de Detecção
Aceleração da
Velocidade do Som
Velocidade do Fluido
Desaceleração da Velocidade do Som
Transmissor (T)
Vórtice Transmissor (T)
Princípio de Detecção Princípio de Detecção
Método de Modulação de Fase da Onda de Medição
Mede os vórtices por detecção da modulação da onda de medição
Emprega Onda de Medição para reduzir o eco sonoro
1
0
1
Aceleração da velocidade
Desaceleração da velocidade Onda de Referência
Onda de Referência
”
Fase
Fase
Construção Construção
Caixa reduzida
O indicador local pode ser girado,
sem remover o amplificador Amplificador microprocessado
Indicador digital
em unidades de engenharia
Suporte Sólido
À prova de explosão
Sensor substituível em linha
Curva de Saída x Vazão Curva de Saída x Vazão
S I N A L D E S A Í D A
20 mA
4 mA Q=0 QMIN QMAX
VAZÃO
Linear com a vazão
Aplicações do VORTEX Aplicações do VORTEX
Melhores Aplicações
– Fluidos limpos de baixa viscosidade (< 3cp) – Vapor e gás
– Hidrocarbonetos de baixa viscosidade – Água, químicos muito pouco corrosivos
Aplicações a Serem Estudadas
– Líquidos de média viscosidade (< 7cp) – Químicos levemente corrosivos
– Lamas de baixa concentração ( menos de 1%)
Transmissor de Temperatura Transmissor
de Pressão
Computador de Vazão
2 à 7D 1 à 2D
Trechos Retos de Tubulação Trechos Retos de Tubulação
Tomadas de Pressão e de Temperatura Tomadas de Pressão e de Temperatura
1 - Trecho Reto de Tubulação à Montante
10 D
Curva
10 D
Tê
Válvula Gaveta Totalm. Aberta
Válvula de Controle
30-50D
Trechos Retos para Manter a Precisão Trechos Retos para Manter a Precisão
Redução
10D
Expansão
10D
Líquidos Contendo Bolhas
Correto Errado
Errado Correto
Recomendações de Instalação do vortex para Medição de Líquidos
CORRETO ERRADO
Válvula de Controle
Instalação de Válvula de Controle na Tubulação do Vortex
Instalação para Manter o Vortex Instalação para Manter o Vortex
Cheio com o Líquido de Processo Cheio com o Líquido de Processo
Correto
Correto Correto
Errado
2. Instalação com válvula
(Correto)
(Errado)
Válvula de bloqueio
Sentido do Fluxo
Válvula de bloqueio
Instalação Para Manter o Vortex Instalação Para Manter o Vortex
Cheio com o Líquido de Processo Cheio com o Líquido de Processo
Recomendações de Instalação do Recomendações de Instalação do
Vortex para a Medição de Gases Vortex para a Medição de Gases
Recomendações de Instalação do Recomendações de Instalação do
Vortex para a Medição de Gases Vortex para a Medição de Gases
Errado
Correto
Recomendações de Instalação do Recomendações de Instalação do
Vortex para a Medição de Gases Vortex para a Medição de Gases
Recomendações de Instalação do Recomendações de Instalação do
Vortex para a Medição de Gases Vortex para a Medição de Gases
Aplicações Comuns
Correto Errado
Aplicações com Possibilidade de Fluxo Pulsante Errado
Correto Válvula de
Controle Válvula de Controle
Geralmente, é melhor selecionar o Vortex de Geralmente, é melhor selecionar o Vortex de
diâmetro imediatamente menor que o da tubulação diâmetro imediatamente menor que o da tubulação
para aumentar a faixa de medição.
para aumentar a faixa de medição.
Escolha do Vortex de Tamanho Ideal Escolha do Vortex de Tamanho Ideal
Redução Redução
1 tamanho menor que o da tubulação
Vortex
Recomendações de Instalação Recomendações de Instalação Recomendações de Instalação Recomendações de Instalação
Correto Errado
Errado Errado Correto
Medidor em canal aberto
