Aula 6_Medição de Vazão

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1.1 Conceito

Vazão é a quantidade de material (sólido, líquido ou gasoso) que passa por determinado local em uma unidade de tempo. • Vazão volumétrica: unidade de volume (, , , etc.) por

unidade de tempo (, , , etc.).

• Vazão mássica: unidade de massa (, , , etc.) por unidade de tempo (, , , etc.).

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para passar pela tubulação.

: vazão volumétrica [] : volume []

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Pode ser definida ainda como a velocidade que um fluido atravessa determinada área.

: vazão volumétrica [] : velocidade []

: área da seção transversal []

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É a relação entre a massa () escoado e o tempo () que levou para passar pela tubulação.

: vazão mássica [] : massa []

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Conhecendo a massa específica () de um fluído é possível

calcular a vazão mássica () a partir da vazão volumétrica (Q) e vice-versa, usando a relação abaixo.

Assim:

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qualquer, que provoca uma perda de carga adicional e influencia na medição de vazão.

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Número adimensional usado para determinar se o escoamento pode ser considerado laminar ou turbulento, o que influencia diretamente na medição de vazão.

: número de Reynolds [adimensional] : velocidade média de escoamento [] : diâmetro da tubulação []

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pode ser considerado laminar ou turbulento, o que influencia diretamente na medição de vazão.

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São sensores que fazem a medição da pressão diferencial e, usando o princípio de Bernoulli e a equação da continuidade, determinam a vazão em determinado ponto.

: vazão volumétrica [] : pressão diferencial [] : constante do elemento • Princípio de Bernoulli:

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Vantagens

 Podem ser aplicados em grande variedade de fluidos,

inclusive viscosos, com sólidos em suspensão, para amplas faixas de temperatura e pressão

 Baixo custo de instalação Desvantagens

× Perda de carga “irrecuperável” na pressão da linha

× Usando a placa de orifício a perda de carga provocada é de 40 a 80% do gerado.

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Placa precisamente perfurada instalada na tubulação. Suas bordas devem estar sempre em perfeitas condições para não afetar a precisão da medição.

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FE-01 – Identificação do instrumento D – Diâmetro interno da tubulação d – diâmetro do orifício

DP – diferença de pressão a montante

e a jusante

1” – espessura do flange

300 LBS – classe de pressão AISI-316 – tipo de material

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Orifício concêntrico

Usado para líquidos, gases e vapor que não contenham sólidos em suspensão

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Usado em fluidos com sólidos em suspensão, que podem ficar acumulados na base da placa. O orifício é posicionado na parte de baixo da tubulação.

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Orifício segmental

Orifício na forma de segmento de círculo. Usado em fluidos com alto percentual de sólidos em suspensão.

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Bordo arredondado

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Instalação

em cima mesmo nível

ou inferior

com câmara de condensação

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Vantagens

 Fácil instalação  Econômica

 Construção simples

 Facilidade de troca e manutenção Desvantagens

× Alta perda de carga

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Seção cônica mais estreita que a tubulação (garganta), que provoca uma perda de carga menor que a placa de orifício.

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de Venturi. Desgaste menor do que a placa de orifício e melhor desempenho em fluidos viscosos.

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Baseado na pressão dinâmica, o tubo de Pitot mede velocidade do fluido em determinado ponto da tubulação.

� �=�

_��

−

�

_��

=

� �

�

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Vantagens

 Pode medir escoamento interno e externo  Usado em gases e líquidos

 Nenhum fluxo passa pelo instrumento

 Não há limite para a distância entre o tubo e o manômetro Desvantagens

× Temperatura limitada a 680 °C

× Na medição em tubulações o perfil de escoamento pode prejudicar a medição

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Medidor por pressão diferencial constante e área variável da seção transversal.

Componentes:

• Tubo de vidro formato cônico • Flutuador

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 Quando não há vazão o flutuador encontra-se na posição mais baixa do tubo;

 Quando a vazão aumenta, cria-se uma força de arraste que move o flutuador para cima;

 À medida que o flutuador sobe, a área transversal disponível para passagem do fluido aumenta, reduzindo a diferença de pressão no flutuador;

 O flutuador entra em equilíbrio dinâmico quando a força de

arraste (provocada pela pressão diferencial) e o empuxo se

igualam ao peso do flutuador;

 A leitura do valor de vazão é feita numa escala graduada de acordo com a posição do flutuador.

⃗

�

⃗

�

⃗

�

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Tipos flutuadores

 Esférico

Para baixas vazões e pouca precisão, sofre uma influência considerável da viscosidade do fluido.

 Cilindro com bordo plano

Para vazões médias e elevadas, sofre alguma influência da viscosidade do fluido.

 Cilindro com bordo saliente de face

Inclinada para o fluxo, sofre menor influência da viscosidade do fluido.

 Cilindro com bordo saliente contra o fluxo

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Posição de leitura

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Medidor que baseia-se na lei de Faraday (1831): se um objeto condutor se move num campo magnético, uma força

eletromotriz é gerada (regra da mão direita).

: força eletromotriz induzida [] : densidade do fluxo magnético [] : diâmetro interno do medidor [] : velocidade do fluido []

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: força eletromotriz induzida [] : densidade do fluxo magnético [] : diâmetro interno do medidor [] : velocidade do fluido []

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Características

 As paredes da tubulação não podem ser condutoras para evitar que a f.e.m. gerada seja curto-circuitada. Usa-se Teflon, borracha de poliuretano ou cerâmica.

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Instalação

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Vantagens

 Não introduz perda de carga no sistema

 Insensível a viscosidade e densidade do fluido

 Ideal na medição produtos químicos altamente corrosivos e fluidos com sólidos em suspensão (ex.: lama, polpa de

minério e de papel) Desvantagens

× O fluido deve ser eletricamente condutivo

× Fluidos com propriedades magnéticas podem adicionar erros de medição

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tubulação que gira de acordo com a velocidade do fluido e pelo ângulo das lâminas. O giro é medido por uma bobina magnética que mede a variação da relutância (resistência ao campo)

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 A medição é afetada pela viscosidade do fluido

 Para melhorar a medição em algumas aplicações deve-se instalar retificadores de fluxo, para diminuir a turbulência no escoamento do fluido.

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Vantagens

 Flexibilidade (líquido e gás)

 Suporta altas temperaturas (450°C)  Fluidos com alta viscosidade

 Suporta altas presssões Desvantagens

× Turbulências devem ser evitadas

× Podem ocorrem encrustações e travamento do rotor × Viscosidade afeta a precisão

× Não pode ter sólidos em suspensão × Alto custo de instalação e manutenção × Desgaste das pás

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desprendem alternadamente de cada lado do anteparo. A frequência de formação desses vórtices é medida.

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A frequência de geração dos vórtices não é afetada por variações na viscosidade, densidade, temperatura ou pressão do fluido.

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Vantagens

 Flexibilidade (líquido, gás e vapor)  Baixa perda de carga

 Ausência de partes móveis Desvantagens

× Fluido não pode ter turbulências

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• Medidores por efeito doppler • Medidores por tempo de trânsito

Transmissores e sensores de sinais ultrassônicos, compostos por cristais piezoelétricos, que detectam a frequência ou o

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Tempo de Trânsito

Seu funcionamento baseia-se na medição da diferença de velocidade de propagação dos pulsos ultrassônicos, aplicados à montante e à jusante.

: velocidade média jusante

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 Opera com fluidos limpos, sem partículas em suspensão

jusante montante

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Tempo de Trânsito

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Baseado no efeito Doppler, em que a frequência da onda sonora refletida é alterada de acordo com a velocidade do corpo em movimento.

: freq. de emissão : ângulo de entrada : velocidade do som : velocidade média

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 Opera em líquidos com sólidos em suspensão

 A medição é feita pela reflexão das ondas sonoras nas partículas em movimento no fluido

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Efeito Doppler

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Vantagens

 Sem perda de carga

 Pode ser instalado sem contato com o fluido  Facilidade de manutenção

 Existem versões portáteis Desvantagens

× Alto investimento inicial

× Depósito de matéria na tubulação pode ocasionar isolamento acústico e prejudicar a medição

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Baseado no efeito Coriolis, que é uma parcela da força inercial observada a partir de refenciais não inerciais que giram em relação a um referencial inercial.

Gaspard-Gustave de Coriolis

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• Tubo de sensores • Transmissor

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Vazão = 0 Vazão > 0

coriolis se manifesta, causando uma deformação no tubo,

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A frequência de vibração é diretamente proporcional a densidade do produto.

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Um sensor de temperatura é montado para evitar deformações devido a mudanças na temperatura.

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Deve-se evitar acúmulo de bolhas no medidor.

Líquidos

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Vantagens

 Permite medir fluidos multifásicos  Fluidos altamente viscosos

 Trabalha com elevadas vazões e pressões

 Sem necessidade de compensação de pressão, densidade e viscosidade

 Permite medir densidade do fluido Desvantagens

× Perda de carga

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Um aquecedor mantém um diferencial de temperatura constante com relação a um sensor. A vazão provoca um desequilíbrio térmico entre os elementos.

Componentes:

• Elemento aquecedor do fluido • Sensor de temperatura

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A energia gasta para manter esse diferencial de temperatura é proporcional a vazão.

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Vantagens

 Não possui partes móveis

 Não necessita de trechos retos a montante  Não gera perda de carga

 Instalação simples (mecânica e elétrica) Desvantagens

× Custo Elevado

× Calibração requer atenção e cuidados especiais × Baixa Precisão dependendo da aplicação

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O vertedor mede a altura estática do fluxo em reservatório que verte o fluido de uma abertura de forma variável.

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• : vazão medida [] • : nível medido []

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É um tipo de Venturi aberto que mede a altura estática do

fluido. Provoca perda de carga menor que o vertedor e pode ser usado em fluidos com sólidos em suspensão.

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• : vazão medida []

• : largura da garganta [] • : nível medido []

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