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Instrumentação
Material desenvolvido com base na aula do professor Guilherme P. Colnago
Aula
Medição Vazão
Prof. Sergio Luis Brockveld Junior
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Assuntos
Conceitos
Medição de Vazão
Experiências
Aplicações
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Aplicações
Assunto
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Aplicações
Ventilação Engarrafamento
Medição de consumo
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Aplicações
Vazão em hidroelétricas
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Aplicações
Aerodinâmica: medição da vazão para calcular a velocidade.
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Aplicações
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Aplicações
Medição e controle de vazão para fabricação de produtos
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Aplicações
Minerioduto Aqueduto
Oleoduto Gasoduto
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Conceitos
Assunto
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ConceitosVazãoVolume de fluido que passa por uma determinada seção de umatubulação (ou local), por unidade de tempo. Corresponde à taxa deescoamento de algum material transportado por unidade de tempo.
Unidade (SI): m3/s.Outras: LPM (L/min), m3/hora, GPM (galões/min), etc.
Q = V / Δt = v . AQ = vazão (m3/s);V = volume escoado (m3);Δt = tempo (s).
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ConceitosVazão
Q = V / Δt = v . AQ = vazão (m3/s);V = volume escoado (m3);Δt = tempo (s).
Exemplo 01:Um condutor de 20 cm2 de área de secção reta despeja gasolina num reservatório. Avelocidade de saída da água é de 60 cm/s. Qual a vazão do fluido escoado?
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ConceitosVazão
Q = V / Δt = v . AQ = vazão (m3/s);V = volume escoado (m3);Δt = tempo (s).
Exemplo 02:Uma bomba transfere óleo diesel em um reservatório à razão de 20 m3/h. Qual é ovolume do reservatório, sabendo-se que ele está completamente cheio após 3 horasde funcionamento de bomba?
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ConceitosVazão
No caso de gases e vapores, a vazão instantânea pode ser expressaem kg/h ou m3/h.
Vazão também pode ser usada para indicar fluxo de sólidos.Ex.: pelotas de ferro, grão, areia, etc.
Nesses casos é mais comum usar unidades relacionadas ao fluxo demassa por tempo.Ex.: kg/s, kg/min, ton/h, lb/s, etc.
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Medição de Vazão
Assunto
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Medição de VazãoTipo de Medidores de Vazão
Existem dois tipos de medição: medidores de quantidade emedidores volumétricos.
1. MEDIDORES DE QUANTIDADEIndica a quantidade de material que passou de um instante inicialaté o presente (quantidade absoluta).Uso: bombas de gasolina, hidrômetros, balanças industriais e etc.
1.a) Quantidade por pesagem: utilizados para medição de sólidos.Ex.: balanças.
1.b) Quantidade volumétrica: volume total de material transferida noperíodo.Ex.: disco nutante, pistão rotativo oscilante, pistão alternativo, pás,engrenagem e etc.
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Medição de VazãoTipo de Medidores de Vazão
2. MEDIDORES VOLUMÉTRICOSIndica a vazão por unidade de tempo (vazão instantânea).
Medição por Pressão Diferencial: elementos primários são colocadosna tubulação.
FuncionamentoAumentam a velocidade do fluído através da redução da seçãoonde ele passa isso provoca uma queda de pressão.Através da medição da variação de pressão antes (alta) e depois(baixa), calcula-se a vazão.
Problema: perda de carga (redução da intensidade do fluxo).Ex.: placa de orifício provoca a maior perda de carga de 40% a 80%da pressão original.
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Medição de VazãoAlgumas técnicas de medição
1 – por Área variável
2 – por Pressão diferencial
3 – por Arrasto
4 – por Deslocamento positivo
5 – por Turbina
6 – por Variação Térmica
7 – por Ultrassom
9 – Eletromagnética
10 – por Geração de vórtices
11 – por Força de Coriolis
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Medição de VazãoÁrea variável
Rotâmetro
Em geral, constituído por um tubo
transparente com escala onde um
flutuador (ou bóia) move-se
livremente dentro deste tubo. O
equilíbrio é atingido quando a
diferença de pressão e impulsão
do fluido compensam a força
gravitacional.
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Medição de VazãoÁrea variável
Rotâmetro
Vantagens
•Um medidor de vazão de área variável não requer qualquer
alimentação externa, uma vez que utiliza as propriedades do fluido,
em conjunto com a gravidade, para medir o caudal.
•Um medidor de vazão de área variável é um dispositivo de
construção simples, que pode ser fabricado em grandes
quantidades a partir de materiais de baixo custo.
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Medição de VazãoÁrea variável
Rotâmetro
Desvantagens
•Por depender da força da gravidade, um medidor de vazão de
área variável deve sempre estar orientado verticalmente.
•Por depender das propriedades do fluido, a escala tem precisão
limitada.
•Demandam o uso de vidro ou outro material transparente para que
se possível ver a posição do corpo flutuante, o que pode limitar sua
utilização.
•Em geral, não são facilmente adaptáveis para leituras automáticas.
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Medição de VazãoÁrea variável
Rotâmetro
Vídeo Rotâmetro
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Medição de VazãoPressão diferencial
Medidor genérico
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Medição de VazãoPressão diferencial
Placa de orifício
Os medidores de vazão de placa deorifício são mais comuns. Consistem deuma placa plana de metal com um furode tamanho conhecido. A placa provocauma redução da seção do fluxo e émontada entre dois anéis que contêmfuros para tomada de pressão em cadalado.
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Medição de VazãoPressão diferencial
Placa de orifício
Os medidores de vazão de placa de
orifício são mais comuns. Consistem de
uma placa plana de metal com um furo
de tamanho conhecido.v 2=Co √
2(P1 P2 )
ρ(1 A22
A12)
Q2 = v2 . A2
Onde Co é dado pelo seguinte gráfico :
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Medição de VazãoPressão diferencial
Placa de orifício
Para Re = 1000 e razão diâmetro do orifício e diâmetro do tubo de 0,6, Co = 0,77.
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Medição de VazãoPressão diferencial
Placa de orifício
Vídeo Placa de Orifício
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Medição de VazãoPressão diferencial
Tubo de Venturi
Os fluidos sob pressão, na passagem
através de tubos convergentes;
ganham velocidade e perdem
pressão.
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Medição de VazãoPressão diferencial
Tubo de Venturi
Vídeo Venturi
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Medição de VazãoPressão diferencial
Tubo de Pitot
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Medição de VazãoPressão diferencial
Tubo de Pitot
O Tubo de Pitot mede a velocidade.
Consiste em dois tubos concêntricos, A e B, alinhados com a tubulação.
O interno é aberto na ponta e o externo conta com vários orifícios pequenos ao lado, .
A leitura H depende da velocidade do
fluido na tubulação acima do tubo A.
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Medição de VazãoPressão diferencial
Tubo de Pitot
v1= CP √ 2 g (ρm ρ )Δhρ √ 2g ( ρm ρ) Δh
ρ
ghPP m 32
31 PP
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Medição de VazãoPressão diferencial
Tubo de Pitot
v1= CP √ 2 g (ρm ρ )Δhρ √ 2g ( ρm ρ) Δh
ρ
ghPP m 32
31 PP
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Medição de VazãoPressão diferencial
Tubo de Pitot
Vídeo Tubo de Pitot
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Medição de VazãoArrasto
Target (alvo)
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Medição de VazãoDeslocamento positivo
Rodas (engrenagens) ovais
A velocidade rotativa do rotor é diretamente proporcional à taxa de
vazão, uma vez que o vazão de fluido é a causa da rotação.
• Exatidão
• Confiabilidade
• Baixa Manutenção
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Medição de VazãoDeslocamento positivo
Disco nutante
O fluido preenche a câmara de medição fazendo o disco girar.
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Medição de VazãoTurbina
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Medição de VazãoTurbina
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Medição de VazãoVariação Térmica
Filamento quente
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Medição de VazãoVariação Térmica
Filamento quente
Vídeo Térmico
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Medição de VazãoUltrassom
Por tempo de “trânsito” (ida e volta)
Por efeito Doppler
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Medição de VazãoUltrassom
Vídeo Ultrassom
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Medição de VazãoEletromagnética
Baseado na Lei de Faraday.
Um fluido condutor que se
move dentro de um campo
magnético produz um tensão
induzida – proporcional à
intensidade do campo,
comprimento e velocidade
do condutor.
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Medição de VazãoEletromagnética
Vídeo Eletromagnética
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Medição de VazãoGeração de vórtices
Um fluido ao ultrapassar um obstáculo à uma velocida-de mínima, forma vórtices.
Devido ao formato especial do obstáculo, a frequência dos vórtices é proporcionalà velocidade de escoamen-to e independente da pressão, temperatura, densidade e viscosidade.
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Medição de VazãoGeração de vórtices
Vídeo Vórtices
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Medição de VazãoForça de CoriolisBaseado no efeito Coriolis para medir a quantidade de massa que se move dentro da tubulação.O fluido se desloca pelo tubo em U, que vibra na direção perpendicular ao fluxo. O fluido em movimento interage com a vibração devido a força de Coriolis, causando a torção do tubo. Quanto maior a deformação, maior o fluxo.
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Medição de VazãoForça de Coriolis
Vídeo Coriolis
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Medição de VazãoCanais Abertos
Os dois principais tipos são: o vertedor e a calha de Parshall.
Vertedor: O vertedor mede a altura estática do fluxo em um reservatório que verte o fluido de uma abertura de forma variável.
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Medição de VazãoCanais Abertos
Os dois principais tipos são: o vertedor e a calha de Parshall.
Calha de Parshall: É um medidor mais vantajoso que o vertedor, porque apresenta menor perda de carga e serve para medir fluidos com sólidos em suspensão.