medidas de vazão

8/8/2019 Medidas de Vazo

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CAPTULO 6 - MEDIDAS DE VAZO

6.1 INTRODUO

Medidas de vazo, expresso em termos da taxa volumtrica ou em velocidade de massa, so usadasem muitas aplicaes, tais como controle de processo industrial, sistemas de abastecimento de umacidade, sistema de dutos petrolferos e sistemas de irrigao. Os fludos envolvidos podem serlquidos, gs ou uma mistura dos dois. O fluxo pode ser confinado ou fechado (como em um duto),semiconfinado (como em um rio ou um canal aberto), ou no confinado (como em um jato delquido). Em cada caso muitos mtodos de medidas de fluxo podem ser usados.A quantidade total movimentada pode ser medida em unidades de volume (litros, mm3, cm3, m3,gales, ps cbicos) ou em unidades de massa (g, Kg, toneladas, libras). A vazo instantnea dadapor uma das unidades acima, dividida por uma unidade de tempo (litros/min, m3/hora, gales/min).No caso de gases e vapores, a vazo instantnea pode ser expressa, em Kg/h ou em m3/h. Quandose mede a vazo em unidades de volume, devem ser especificadas as "condies base"consideradas. Assim no caso de lquidos, importante indicar que a vazo se considera "nas

condies de operao", ou a 0C, 20C, ou a outra temperatura. qualquer. Na medio de gases ,comum indicar a vazo em Nm3/h (metros cbicos normais por hora, ou seja a temperatura. de 0Ce a presso atmosfrica) ou em SCFM (ps cbicos standard por minuto - temperatura. 60F e14,696 PSIA de presso atmosfrica). Vale dizer que: 1 m3= 1000 litros 1 galo (americano) =3,785 litros 1 p cbico = 0,0283168 m3 1 libra = 0,4536 Kg

6.2 - TIPOS DE MEDIDORES DE VAZO:

Existem dois tipos de medidores de vazo, os medidores de quantidade e os medidoresvolumtricos.

1. MEDIDORES DE QUANTIDADE

So aqueles que, a qualquer instante permitem saber que quantidade de fluxo passou mas no vazodo fluxo que est passando. Exemplo: bombas de gasolina, hidrmetros, balanas industriais, etc.

a) Medidores de Quantidade por Pesagem So utilizados para medio de slidos, que so asbalanas industriais.

b) Medidores de Quantidade Volumtrica So aqueles que o fludo, passando em quantidadessucessivas pelo mecanismo de medio faz com que o mesmo acione o mecanismo de indicao.So este medidores que so utilizados para serem os elementos primrios das bombas degasolina e dos hidrmetros. Exemplo: disco nutante, tipo pisto rotativo oscilante, tipo pistoalternativa, tipo ps, tipo engrenagem, etc.


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2. MEDIDORES VOLUMTRICOS

So aqueles que exprimem a vazo por unidade de tempo.

a) Medio de Vazo por Presso Diferencial

A presso diferencial produzida por vrios tipos de elementos primrios colocados na tubulaode forma tal que o fludo passa atravs deles. A sua funo aumentar a velocidade do fludodiminuindo a rea da seo em um pequeno comprimento para haver uma queda de presso. Avazo pode ento, ser medida a partir desta queda. Uma vantagem primordial dos medidores devazo por P, que os mesmos podem ser aplicados numa grande variedade de medies,envolvendo a maioria dos gases e lquidos, inclusive fludos com slidos em suspenso, bem comofludos viscosos, em uma faixa de temperatura e presso bastante ampla. Um inconveniente deste


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tipo de medidor a perda de carga que o mesmo causa ao processo , sendo a placa de orifcio, odispositivo que provoca a maior perda de carga "irrecupervel" ( de 40% a 80% do P gerado)

PLACA DE ORIFCIO

Dos muitos dispositivos inseridos numa tubulao para se criar uma presso diferencial, o maissimples e mais comum empregado o da placa de orifcio. Consiste em uma placa precisamenteperfurada, a qual instalada perpendicularmente ao eixo da tubulao. essencial que as bordas doorifcio estejam sempre perfeitas, porque, se ficarem, imprecisas ou corrodas pelo fludo, a precisoda medio ser comprometida. Comumente, so fabricadas com ao inox, monel, lato, etc.,dependendo do fludo

VANTAGENS DESVANTAGENSInstalao fcil Alta perda de cargaEconmica Baixa RangeabilidadeConstruo simplesManuteno e troca simples


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Tipos de Orifcios

a) Orifcio concntrico: Este tipo de placa utilizado para lquidos, gases e vapor que no contenham slidosem suspenso.

b) Orifco excntrico: Utilizada quando tivermos fludo com slidos em suspenso, os quais possamser retidos e acumulados na base da placa, sendo o orifcio posicionado na parte de baixo dotubo.

c) Orifcio segmental: Esta placa tem a abertura para passagem de fluido, disposta em forma desegmento de crculo. destinada para uso em fludos laminados e com alta porcentagem deslidos em suspenso.

TUBO VENTURI

O tubo Venturi, combina dentro de uma unidade simples, uma curta garganta estreitada entre duassees cnicas e est usualmente instalado entre duas flanges, numa tubulaes. Seu propsito acelerar o fludo e temporariamente baixar sua presso esttica.A recuperao de presso em um tubo Venturi bastante eficiente, como podemos ver na figura aseguir, sendo seu uso recomendado quando se deseja um maior restabelecimento de presso equando o fluido medido carrega slidos em suspenso. O Venturi produz um diferencial menor queuma placa de orifcio para uma mesma vazo e dimetro igual sua garganta.


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Bocal de Vazo

O Bocal de vazo (Flow nozzle) , em muitos aspectos um meio termo entre a placa de orifcio e otubo Venturi. O perfil dos bocais de vazo permite sua aplicao em servios onde o fludo

abrasivo e corrosivo. O perfil de entrada projetado de forma guiar a veia fluda at atingir aseo mais estrangulada do elemento de medio, seguindo uma curva elptica (projeto ASME) ou pseudoelptica (projeto ISA). Seu principal uso em medio de vapor com alta velocidade,recomendado p/ tubulaes > 50mm.

Tubo Pitot

um dispositivo para medio de vazo atravs da velocidade detectada em um ponto da tubulao.

O tubo de Pitot um tubo com uma abertura em sua extremidade, sendo esta colocada na direo dacorrente fluida de um duto. A diferena da presso total e a presso esttica da linha nos dar apresso dinmica, a qual proporcional ao quadrado da velocidade.


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Medidor Tipo Annubar

O Annubar um dispositivo de produo de presso diferencial que ocupa todo o dimetro do tubo .O annubar projetado para medir a vazo total , de forma diferente dos dispositivos tradicionais depresso diferencial .

Rotmetros

Rotmetros so medidores de vazo por rea varivel, nos quais um flutuador varia sua posiodentro de um tubo cnico, proporcionalmente vazo do fluido.Basicamente, um rotmetroconsiste de duas partes:1) Um tubo de vidro de formato cnico, o qual colocado verticalmente na tubulao em que

passar o fluido que queremos medir. A extremidade maior do tubo cnico ficar voltada paracima.

2) No interior do tubo cnico teremos um flutuador que se mover verticalmente, em funo davazo medida.


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Princpio Bsico

O fluido passa atravs do tubo da base para o topo. Quando no h vazo, o flutuador permanece nabase do tubo e seu dimetro maior usualmente selecionado de tal maneira que bloqueie a pequenaextremidade do tubo, quase que completamente. Quando a vazo comea e o fluido atinge oflutuador, o empuxo torna o flutuador mais leve; porm, como o flutuador tem uma densidade

maior que a do fluido, o empuxo no suficiente para levantar o flutuador. A rea de passagemoferece resistncia vazo e a queda de presso do fluido comea a aumentar. Quando a pressodiferencial, somada ao efeito de empuxo do lquido, excede a presso devido ao peso do flutuador,ento o flutuador sobe e flutua na corrente fluida.

Com o movimento ascendente do flutuador em direo parte mais larga do tubo, a rea anular,entre a parede do tubo de vidro e a periferia do flutuador, aumenta. Como a rea aumente, odiferencial de presso devido ao flutuador decresce. O flutuador ficar em equilbrio dinmicoquando a presso diferencial atravs do flutuador somada ao efeito do empuxo contrabalanar opeso do flutuador. Qualquer aumento na vazo movimenta o flutuador para a parte superior do tubode vidro e a diminuio causa uma queda a um nvel mais baixo. Cada posio do flutuadorcorresponde a um valor determinado de vazo e somente um. somente necessrio colocar uma

escala calibrada na parte externa do tubo e a vazo poder ser determinada pela observao diretada posio do flutuador.

MEDIDORES DE VAZO EM CANAIS ABERTOS

Os dois principais tipos so: o vertedor e a calha de Parshall.

Vertedor

O vertedor mede a altura esttica do fluxo em reservatrio que verte o fludo de uma abertura deforma varivel.

Calha de Parshall

O medidor tipo calha de Parshall um tipo de Venturi aberto que mede a altura esttica do fluxo. um medir mais vantajoso que o vertedor, porque apresenta menor perda de carga e serve para medirfludos com slidos em suspenso.


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MEDIDORES ESPECIAIS DE VAZO

Os principais medidores especiais de vazo so: medidores magnticos de vazo com eletrodos, tipoturbina, tipo Coriolis , Vortex e Ultra-snico

Medidor Eletromagntico de Vazo

O medidor magntico de vazo seguramente um dos medidores mais flexveis e universais dentreos mtodos de medio de vazo . Sua perda de carga equivalente a de um trecho reto detubulao, j que no possui qualquer obstruo. virtualmente insensvel densidade e viscosidade do fluido de medio. Medidores magnticos so portanto ideais para medio deprodutos qumicos altamente corrosivos, fluidos com slidos em suspenso, lama, gua, polpa de papel. Sua aplicao estende-se desde saneamento at indstrias qumicas, papel e celulose,minerao e indstrias alimentcias. A nica restrio, em princpio que o fludo tem que sereletricamente condutivo. Tem ainda como limitao o fato de fluidos com propriedades magnticasadicionarem um certo erro de medio. De acordo com a Lei de Faraday de Induo Magntica,uma tenso induzida em um condutor que se move em um campo magntico. Com o princpio de

medida eletromagntica, o fludo se move dentro do condutor. A tenso induzida proporcional aofluxo e medido por um par de eletrodos. Conhecendo-se a rea da seo do duto, o volume dofludo pode ser calculado. A figura abaixo mostra o princpio de operao deste tipo de instrumento.


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Medidor Tipo Turbina

O medidor constitudo basicamente por um rotor montado axialmente na tubulao . O rotor provido de aletas que o fazem girar quando passa um fluido na tubulao do processo . Uma bobinacaptadora com um im permanente montada externamente fora da trajetria do fluido . Quandoeste se movimenta atravs do tubo , o rotor gira a uma velocidade determinada pela velocidade dofluido e pelo ngulo das lminas do rotor . medida que cada lmina passa diante da bobina e doim , ocorre uma variao da relutncia do circuito magntico e no fluxo magntico total a que estsubmetida a bobina . Verifica-se ento a induo de um ciclo de tenso alternada . A freqncia dospulsos gerados desta maneira proporcional velocidade do fluido e a Vazo pode ser determinadapela medio / totalizao de pulsos .


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Medidor por Efeito Coriolis

um instrumento de grande sucesso no momento, pois tem grande aplicabilidade desde indstriaalimentcia, farmacutica, qumica, papel, petrleo etc. e sua medio, independe das variveis de processo - densidade, viscosidade, condutibilidade, presso, temperatura, perfil do fludo.Resumidamente, um medidor Coriolis possui dois componentes: tubos de sensores de medio e

transmissor. Os tubos de medio so submetidos a uma oscilao e ficam vibrando na sua prpriafreqncia natural baixa amplitude, quase imperceptvel a olho nu. Quando um fludo qualquer introduzido no tubo em vibrao, o efeito do Coriolis se manifesta causando uma deformao, isto, uma toro, que captada por meio de sensores magnticos que geram uma tenso em formato deondas senoidais. As foras geradas pelos tubos criam uma certa oposio passagem do fluido nasua regio de entrada (regio da bobina1) , e em oposio auxiliam o fludo na regio de sada dostubos O atraso entre os dois lados diretamente proporcional vazo mssica. Um RTD montadono tubo, monitorando a temperatura deste, a fim de compensar as vibraes das deformaeselsticas sofridas com a oscilao da temperatura.O princpio de medida baseado sobre a gerao das foras de Coriolis. Estas foras esto sempre presentesquando movimentos de translao e rotao ocorrem simultaneamente.

=

vmFc 2

onde:

=cF fora de Coriolis.

=m massa do fludo em movimento.= velocidade angular.=v velocidade radial em um sistema em rotao ou oscilao.


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A amplitude da fora de Coriolis depende da massa em movimento m , sua velocidade v no sistema e,ento, seu fluxo de massa.A fora de Coriolis produzida no duto causa um desvio de fase na oscilao do tubo (ver figura a seguir).

Quando o fluxo zero, ambos tubos oscilam em fase (1). Quando h fluxo, a oscilao do tubo desacelerada na entrada do tubo (2) e acelerada na sada do tubo

(3).As oscilao so determinadas usando sensores eletrodinmicos na entra da e na sada dos tubos. Este

princpio de medida independente da temperatura, presso, viscosidade, condutividade ou do perfil do fluxo.Os tubos de medidas so continuamente excitados em suas freqncias de ressonncia. Quando a massa, eento a densidade, do sistema oscilante varia (tubo e fludo), a freqncia de ressonncia reajustada.


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Medidor Vortex

Quando um anteparo de geometria definida colocado de forma a obstruir parcialmente umatubulao em que escoa um fluido, ocorre a formao de vrtices; que se desprendemalternadamente de cada lado do anteparo, como mostrado na figura abaixo. Este um fenmeno

muito conhecido e demostrado em todos os livros de mecnica dos fluidos. Os vrtices tambmpodem ser observados em situaes freqentes do nosso dia a dia, como por exemplo: O movimentooscilatrio da plantas aquticas, em razo da correnteza; As bandeiras flutuando ao vento; Asoscilaes das copas das rvores ou dos fios eltricos quando expostas ao vento.O princpio de funcionamento baseado no vrtice de Karman. Quando fludos fluem atravs deuma restrio introduzida no duto, vrtices so formados pelos lados. A freqncia do vrtice proporcional ao fluxo mdio e, desta forma, ao fluxo volumtrico. Variaes de presso causadas pelo vrtices so transmitidas via alguns orifcios introduzidos nas laterais. Os sensores socolocados dentro do duto protegidos de choques, temperaturas e desgaste pela passagem do fludo.Os sensores capacitivos detectam os pulsos de presso e os convertem em pulsos eltricos.

Freqncia de vrtice = d

vSt

=tS nmero de Strouhal

=v velocidade do meio=d comprimento da restrio


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Medidores Ultra-snicos

Os medidores de vazo que usam a velocidade do som como meio auxiliar de medio podem serdivididos em dois tipos principais:- Medidores a efeito doppler- Medidores de tempo de trnsito.

Existem medidores ultra-snicos nos quais os transdutores so presos superfcie externa datubulao, e outros com os transdutores em contato direto com o fludo. Os transdutores-emissoresde ultra-sons consistem em cristais piezoeltricos que so usados como fonte de ultra-som, paraenviar sinais acsticos que passam no fludo, antes de atingir os sensores correspondentes.

a) Medidores de efeito Doppler

O efeito Doppler aparente variao de freqncia produzida pelo movimento relativo de umemissor e de um receptor de freqncia. No caso, esta variao de freqncia ocorre quando asondas so refletidas pelas partculas mveis do fludo. Nos medidores baseados neste princpio ( verfigura abaixo), os transdutores-emissores projetam um feixe contnuo de ultra-som na faixa dascentenas de khz. Os ultra-sons refletidos por partculas veiculadas pelo fludo tm sua freqncia

alterada proporcionalmente ao componente da velocidade das partculas na direo do feixe. Estesinstrumentos so consequentemente adequados para medir vazo de fludos que contm partculascapazes de refletir ondas acsticas.

b) Medidores de tempo de trnsito

Ao contrrio dos instrumentos anteriores, estes instrumentos no so adequados para medir vazode fludos que contm partculas. Para que a medio seja possvel, os medidores de tempo detrnsito devem medir vazo de fludos relativamente limpos. Nestes medidores ( ver figura abaixo ),um transdutor emissor - receptor de ultra-sons fixado parede externa do tubo, ao longo de duas

geratrizes diametralmente opostas. O eixo que rene os emissores - receptores forma com o eixo datubulao, um ngulo . Os transdutores transmitem e recebem alternadamente um trem de ondasultra-snicas de durao pequena. O tempo de transmisso levemente inferior (t1) orientada para ajusante, e levemente superior (t2) quando orientada para a montante. Sendo L a distncia entre ossensores, V1 a velocidade mdia do fludo e V2 a velocidade do som no lquido considerado.O princpio de funcionamento baseado no tempo de trnsito de sinais no meio. Um sinal acstico(ultra-som) transmitido de um sensor a outro. Este pode ser tanto na direo do fluxo, quantocontrrio ao fluxo. O tempo do trnsito do sinal medido. De acordo com princpio fsico, o sinal


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enviado na direo do fluxo requer menos tempo de trnsito que o sinal enviado contra o fluxo. Adiferena entre os tempos de trnsito proporcional velocidade do fludo.

tV AVQ =

=V velocidade do fludo=t diferena de tempo de trnsito=Q fluxo volumtrico

=A seo cruzada do tubo.


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Medidas de vazo por Temperatura

Medida trmica um bem estabelecido mtodo de medir fluxo de fludos. Ele opera monitorando oefeito de arrefecimento de um fluxo de gs, quando ele passa atravs de um sensor. O gs fluindo,passa por dois transdutores RTD tipo PT100. Um destes usado para sentir a temperatura do fludo,enquanto que o outro usado como aquecedor. Este ltimo mantido a uma temperatura diferencial

(relativa a temperatura atual do gs) variando a corrente sobre ele. Maior o fluxo passando sobre osensor aquecido, maior a corrente exigida para manter constante a diferena de temperatura. Acorrente do sensor aquecido proporcional ao fluxo do gs.

CONCLUSO

Para determinar a aplicao correta de um medidor de vazo necessrio conhecer as caractersticado fludo , instalao e condies de operao . Devido a uma enorme oferta de medidores de vazocom aplicaes e tecnologias das mais diversificadas, a escolha do medidor apropriado relativamente simples nas aplicaes clssicas ., porm o principal fator que dificulta esse processo a constante evoluo dos medidores, influenciando diretamente na performance e custos doequipamento .

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