Medição de Vazão_Parte V

CONCEITOS E CONCEITOS E MEDIÇÃO DE MEDIÇÃO DE MEDIÇÃO DE MEDIÇÃO DE

VAZÃOVAZÃO

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Rev. 2_060211

INTRODUÇÃOINTRODUÇÃO

1) INTRODUÇÃO

Vazão pode ser definida como sendo a quantidadevolumétrica, mássica ou gravitacional de um fluido quepassa através de uma seção de uma tubulação ou canal porunidade de tempo.

Observação:A vazão também pode ser obtida pelo resultado damultiplicação da área seccional pela média da velocidade dofluido.

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1.1) VAZÃO VOLUMÉTRICA

É definida como sendo a quantidade em volume que escoaatravés de uma certa seção em um intervalo de tempoconsiderado. É representado pela letra Q e expressa pelaseguinte equação:

Onde:V = volumet = tempo


1.1.1) Unidade de Vazão Volumétrica

As unidades de vazão volumétricas mais utilizadas são: m3/s,m3/h, l/h, l/min GPM, Nm3/h e SCFH.

Na medição de vazão volumétrica é importante referenciar ascondições básicas de pressão e temperatura, principalmentepara gases e vapor pois o volume de uma substânciadepende da pressão e temperatura a que está submetido.

É definida como sendo a quantidade em massa de um

1.2) VAZÃO MÁSSICA

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É definida como sendo a quantidade em massa de umfluido que atravessa a seção de uma tubulação por unidadede tempo. É representada pela letra Qm e expressa pelaseguinte equação:

Onde:m = massat = tempo

As unidades de vazão mássica mais utilizadas são: kg/s, kg/h, t/h e lb/h.

1.2.1) Unidade de Vazão Mássica


1.3) Relação entre Unidades

A relação entre as unidades de medição de vazão volumétrica e mássica pode ser obtida pela seguinte expressão:

Onde: ρ = massa específica

1.4) Vazão Gravitacional

É a quantidade em peso que passa por uma certa seção por

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É a quantidade em peso que passa por uma certa seção por unidade de tempo. É representada pela letra Qρ e expressa pela seguinte equação:

Onde: W = peso

1.5) Unidade Gravitacional

As unidades de vazão gravitacional mais utilizadas são: kgf/h e lbf/h.

CONCEITOS GERAISCONCEITOS GERAIS

2) CONCEITOS FÍSICOS BÁSICOS PARA MEDIÇÃO DE VAZÃO

2.1) Calor Específico

Define-se calor específico como o quociente da quantidadeinfinitesimal de calor fornecido a uma unidade de massa de umasubstância pela variação infinitesimal de temperatura resultantedeste aquecimento.

Na prática, temos:

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Na prática, temos:A quantidade de calor necessária para mudar a temperatura de 1grama de uma substância em 1ºC.

O conhecimento do calor específico de determinada substância émuito importante para um bom controle da vazão.Para exemplificar, podemos citar o caso em que se desejacontrolar a vazão de um fluido no estado gasoso, tendo umaplaca de orifício como elemento primário.

É necessário que se conheça a relação “k” do calor específico dogás a ser medido, para podermos calcular o seu coeficiente decorreção da expansão térmica, e posteriormente dimensionar aplaca de orifício.

Esta relação do calor específico “k” é a relação do calor específicode um volume constante “cv” relativo ao calor específico dapressão constante “cp” do gás.


Onde:k = relação dos calores específicoscp = calor específico à pressão constante J/kg x Kcv = calor específico a volume constante J/kg x KK onde Temperatura em Kelvin

2.2) Viscosidade

Esta resistência provocará uma perda de carga adicional que

É a resistência que o fluido oferece ao deslocamento

de suas partículas.

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Esta resistência provocará uma perda de carga adicional quedeverá ser considerada na medição de vazão.

2.2.1) Viscosidade Absoluta ou Dinâmica (poiseuille):(poiseuille):

Define-se como sendo o atrito interno num fluido, que se opõe aomovimento relativo de suas moléculas e ao movimento de corpossólidos que nele estejam.

É representada pela letra grega µ (mi).

µ = F.eS.V

e = Espaço entre duas placas.S = Superfície das placas.V = Velocidade de deslocamento de uma das placas.F = Força aplicada a uma placa móvel.

1 Pa.s (poiseuille)= 1000 cP ( centipoise)


2.2.2) Unidades de Viscosidade Absolutaou Dinâmica

As unidades de viscosidade dinâmicas mais utilizadas na indústria são:

2.2.3) Viscosidade Cinemática ((νν –– lêlê--se ní).se ní).

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Viscosidade Cinemática Viscosidade Cinemática ((νν –– lêlê--se se níní).).

É a relação entre a É a relação entre a viscosidade absolutaviscosidade absoluta do líquido e sua do líquido e sua massa específicamassa específica..

νν = = µµ / / ρρ ((unidade = munidade = m22 / s)/ s)

Obs.: Unidade normalmente utilizada na indústria é o Obs.: Unidade normalmente utilizada na indústria é o CentistokesCentistokes ((cStcSt).).

1 1 cStcSt = 10= 10--66 mm22 / s/ s


2.3) Tipos de Escoamento

Se caracteriza por um escoamento em camadas planas ouconcêntricas, dependendo da forma do duto, sempassagens das partículas do fluido de uma camada paraoutra e sem variação de velocidade, para determinadavazão.

2.3.1) Regime Laminar

2.3.2) Regime Turbulento

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Se caracteriza por uma mistura intensa do líquido eoscilações de velocidade e pressão. O movimento daspartículas é desordenado e sem trajetória definida.

2.4) Número de Reynold

Número adimensional utilizado para determinar se oescoamento se processa em regime laminar ou turbulento.

Sua determinação é importante como parâmetromodificador dos coeficiente de descarga.


Onde:V - velocidade (m/s)D - diâmetro do duto (m)ν - viscosidade cinemática (m2/s)

Observação:

− Na prática, se Re > 2.320, o fluxo é turbulento, caso contrário é sempre laminar.

− Nas medições de vazão na indústria, o regime de escoamento é na maioria dos casos turbulento com Re > 5.000.

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2.5) Distribuição de Velocidade em um Duto

Em regime de escoamento no interior de um duto, avelocidade não será a mesma em todos os pontos.

Será máxima no ponto central do duto e mínima na parede doduto.

2.5.1) Regime Laminar

É caracterizado por um perfil de velocidade maisacentuado, onde as diferenças de velocidades são maiores.


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2.5.2) Regime Turbulento

É caracterizado por um perfil de velocidade maisuniforme que o perfil laminar. Suas diferenças develocidade são menores.


Observação:Por estas duas fórmulas percebe-se que a velocidade de um fluido na superfície da seção de um duto é zero (0).

Podemos entender o porque da velocidade nas paredes da tubulações considerando também o atrito existente entre o fluido e a superfície das tubulações.

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Vx = velocidade num ponto qualquer da seçãoVmáx = velocidade no eixo central da seçãorx = raio da seçãon = coeficiente variável que depende do número de Reynold.


TABELA - Relação entre Red e N

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TIPOS E CARACTERÍSTICAS DOS MEDIDORESTIPOS E CARACTERÍSTICAS DOS MEDIDORES

3) TIPOS E CARACTERÍSTICAS DOS MEDIDORES DE VAZÃO

Existem três tipos fundamentais de medidores de vazão:indiretos, diretos e especiais.

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3.1) Medição de vazão por perda de Carga Variável

Considerando-se uma tubulação com um fluido passante,chama-se perda de carga dessa tubulação a queda de pressãosofrida pelo fluido ao atravessá-la.

As causas da perda de carga são: atrito entre o fluido e aparede interna do tubo, mudança de pressão e velocidadedevido a uma curva ou um obstáculo, etc.

Os diversos medidores de perda de carga variável usamdiferentes tipos de obstáculos ao fluxo do líquido, provocando

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diferentes tipos de obstáculos ao fluxo do líquido, provocandouma queda de pressão.

Relacionando essa perda de pressãocom a vazão, determina-se a medição de vazão pela seguinteequação:


Onde:Q = vazão do fluido do local do estreitamentoK = constanteP1 = Pressão MedidaPp = Pressão de ProjetoT1= Temperatura medidaTp = Temperatura de projeto∆P = perda de carga entre o fluxo, a montante e jusante do estreitamento.

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Supondo, um fluxo em regime permanente na tubulaçãoabaixo, não podemos acumular massa no volumecompreendido entre as seções 1 e 2, pois neste caso pelomenos a massa específica variaria, deixando ser regimepermanente.

3.1.1) Equação da continuidade

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Se o fluído for incompressível, temos:

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Supondo um fluído perfeito (ideal), que não possui viscosidade ,ele desloca-se sem atritos e portanto sem perdas de energia.

3.1.2) Equação de Bernoulli


onde:

En = Energia totalEppo = Energia potencial de posiçãoEppr = Energia potencial de pressãoEc = Energia cinéticaM = Massa .W = Peso γ = peso específico

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M = Massa .W = Peso γ = peso específicog = Aceleração da gravidadeP1 e P2 = Pressão nas seções 1 e 2

Como W = M.g

Dividindo-se por W:


Considerando Z1 = Z2 (tubulação na horizontal)

Baseado na equação da continuidade para fluído incompressível:

3.1.3) Equação Básica para Elementos Deprimogênios

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A equação anterior é puramente teórica, principalmente pelofato de considerar que, nas seções 1 e 2, as velocidades sãouniformemente distribuídas e respectivamente iguais a V1 eV2.

Esta equação pode ser transformada adequadamente para usoprático, se incluirmos um coeficiente de correção que leve emconsideração todos elementos de um escoamento real. Estecoeficiente, chama-se coeficiente de descarga C:

gP

ESQ 2.... 2

1γ

β∆

=como: Q = v.S

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COEFICIENTE DE DESCARGA CcaVazãoTeóri

alVazãoC

Re=

portanto a vazão real será dada por CQQ teóricareal .=

ou ainda: gP

ESCQ 2..... 2

1γ

β∆

=

Os valores de C são resultados experimentais variam em função do tipo de elemento primário, tomada de impulso, diâmetro (D) da tubulação, do N°°°° de Reynolds (Rd) e da

relação dos diâmetros ββββ.


Da equação alcançada no item anterior pode-se concluir que avazão só irá variar em função de √∆P, pois S1, E, C, β, √2g, e1/√ γ são constantes.

Portanto podemos simplificar a expressão, assim:Q = K x √∆P

onde:K = Constante que depende de fatores como:

. Relação entre orifício e tubulação

. Características do fluído

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É importante observar, que o ∆P varia quadraticamente em função da vazão Q.


Analisando o fluxograma anterior teremos:

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ANNUBARANNUBAR

Este dispositivo consiste em um pequeno par de pontos de provasensoras de pressão montadas perpendicularmente ao fluxo.

3.2) Medição de vazão por Annubar

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ANNUBARANNUBAR

A barra sensora de pressão a jusante possui um orifício queestá posicionado no centro do fluxo de modo a medir apressão do fluxo a jusante.

A barra sensora de pressão de montante possui váriosorifícios, estes orifícios estão localizados criteriosamente aolongo da barra, de tal forma que cada um detecta a pressãototal de um anel.

Cada um destes anéis tem área da seção transversalexatamente igual às outras áreas anulares detectadas porcada orifício.

Outra característica do elemento de fluxo tipo Annubar é que

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Outra característica do elemento de fluxo tipo Annubar é quequando bem projetado tem capacidade para detectar todas asvazões na tubulação a qual está instalado, sendo a vazãototal a média das vazões detectadas.

3.3) Medição de vazão por Placa de Orifício

De todos os elementos primários inseridos em uma tubulaçãopara gerar uma pressão diferencial e assim efetuar medição devazão, a placa de orifício é a mais simples, de menor custo eportanto a mais empregada.

Consiste em uma placa precisamente perfurada, a qual

é instalada perpendicularmente ao eixo da tubulação

Sua espessura varia em função do diâmetro datubulação e da pressão da linha, indo desde 1/16” a 1/4”.

PLACA DE ORIFÍCIOPLACA DE ORIFÍCIO

25Placa de Orifício e Flange de União

P.Kqv ∆=


O diâmetro do orifício é calculado de modo que seja o maispreciso possível, e suas dimensões sejam suficientes paraproduzir à máxima vazão uma pressão diferencial máximaadequada.

É essencial que as bordas do orifício estejam sempreperfeitas, porque, se ficarem gastas, corroídas pelo fluido, aprecisão da medição será comprometida.

A placa de orifício pode ser ajustada mais convenientementeentre flanges de tubo adjacentes e pontos de tomadas deimpulso feitos em lugares adequados, uma montante da placae o outro em um ponto no qual a velocidade, devido àrestrição, seja máxima.

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restrição, seja máxima.

Este ponto não é próprio orifício porque, devido à inércia dofluido, a área de sua secção transversal continua a diminuirapós passar através do orifício, de forma que sua velocidademáxima está a jusante do orifício, na vena contracta.

É neste ponto que a pressão é mais baixa e a diferença depressão a mais acentuada.

Outros tipos de tomadas de pressão conforme veremos maisadiante, também são utilizadas.

As placas de orifício são costumeiramente fabricadas com açoinoxidável, monel, latão, etc.

A escolha depende da natureza do fluido a medir.


3.3.1) Tipos de Orifício

a) Orifício ConcêntricoEste tipo de placa de orifício é utilizado para líquido, gases evapor que não contenham sólidos em suspensão. Podemos versua representação a seguir:

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Placa de Orifício Concêntrico

A face de entrada deverá ser polida. O ângulo de entrada doorifício deverá ser de 90° com aresta viva e totalmenteisenta de rebarbas e imperfeições.

Observação:Em fluido líquidos com possibilidade de vaporização a placadeve ter um orifício na parte superior para permitir o arrastedo vapor. Em fluidos gasosos com possibilidade deformação de condensado o furo deve ser feito na parteinferior para permitir o dreno.


b) Orifício ExcêntricoEste tipo de orifício é utilizado em fluido contendo sólidosem suspensão, os quais possam ser retidos e acumuladosna base da placa; nesses casos, o orifício pode serposicionado na parte baixa do tubo, para permitir que ossólidos passem.

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Placa de Orifício Excêntrico

Este tipo de orifício é usado especialmente em tubulaçõeshorizontais.

Ao contrário do que aconteceria com a placa de orifícioconcêntrica, neste não teríamos problemas de acúmulo deimpurezas na entrada da placa.


Durante sua instalação o orifício deverá ser tangenteinteiramente ao tubo, porém admite-se que o orifício fiqueligeiramente afastado do círculo inteiro do tubo sendo queeste afastamento não poderá exceder 1/16” ou seja 1,6 mm.

c) Orifício SegmentalEste tipo de placa de orifício tem a abertura para passagemdo fluido disposta em forma de segmentos de círculo.

A placa de orifício segmental é destinada para uso emfluidos em regime laminar e com alta porcentagem desólidos em suspensão.

Existem duas maneiras para confeccionarmos orifíciossegmentais.

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segmentais.

Para tubulações pequenas o orifício é geralmente presoentre dois flanges na tubulação.


Para tubulações grandes (superiores a 24”) o orifício segmentalé geralmente soldado inteiramente ao tubo.

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Placa de Orifício Segmental para Tubulações > 24”

3.3.2) Tipos de Contorno do Orifício

a) Orifício com bordo quadradoSua superfície interna forma um ângulo de 90º com ambasas faces da placa, é empregado em tubulações maiores que6”. Não é utilizada para medições de vazão de fluidos comnúmero de REYNOLDS baixo.


b) Orifício com bordo arredondadoÉ utilizado para fluidos altamente viscosos onde o nº deREYNOLDS está em torno de 300.

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c) Orifício com bordo quadrado e face da jusante emângulo de 45º. É de uso geral.

Observação:

O chanfro na face jusante serve para diminuir a turbulênciae seu ângulo pode variar a 30º a 45º, sendo tambémutilizado em placas espessas para que tenhamos a“garganta” dentro de medidas recomendáveis.


d) Orifício com bordo quadrado com rebaixo na fasejusante.É usado quando se requer uma grande precisão em umatubulação menor que 4”.

e) Orifício especiaisOs orifícios abaixo descritos são utilizados para medições

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Os orifícios abaixo descritos são utilizados para mediçõesde vazão com “baixo” número de REYNOLDS.

Em medições nas quais tenhamos variações naviscosidade temos uma conseqüente alteração na pressãodiferencial, estudos em laboratórios chegaram adeterminado tipos de orifícios que permitem uma maiorvariação na viscosidade provocando uma pequenaalteração no coeficiente de descarga.


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3.3.3) Tipos de Tomadas de Impulso em Placas de Orifício

a) Tomas de FlangeAs tomadas de flange são de longe as mais populares. Osflanges para placas de orifício, já são feitos com os furos dastomadas, perfurados e com rosca. Os flanges podem ser do tiporosqueado ou soldado.


Após os flanges serem rosqueados ou soldados na tubulaçãoé necessário perfurar através da parede do tubo usando opróprio furo da flange como modelo e acesso.

Os furos devem ser isentos de rebarbas e faceados com otubo.

No caso de flange tipo “WELDING NECK” não é necessáriorefurar, mas deve-se tomar o cuidado com a soldagem destecom a tubulação.

Eles devem estar concêntricos com a tubulação, e asrebarbas de solda dentro da tubulação devem ser eliminadaspara evitar distúrbios na passagem do fluido os quais

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para evitar distúrbios na passagem do fluido os quaispoderiam causar imprecisões na medição.


a. 1) Vantagens da tomada de flange1. Podem ser facilmente inspecionadas, dada sualocalização próxima à face do flange.2. Os flanges podem ser adquiridos prontos, dentro denormas com grandes precisão.3. As tomadas são simétricas, podendo ser utilizadas parafluxo nos dois sentidos.4. Esse tipo de tomada apresenta excelente precisão.

a.2) Desvantagens da tomada de flange1. Os flanges utilizados são especiais, portanto são caros.2. Não se recomenda o uso desse tipo de tomada paracasos em que a relação entre o diâmetro do orifício e odiâmetro da tubulação é grande e em tubulações menoresque 2”, devido ao fato de que a tomada de baixa pressão

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que 2”, devido ao fato de que a tomada de baixa pressãose situa numa região altamente instável da curva derecuperação de pressão.

b) Tomadas de Vena ContractaAs tomadas de Vena Contracta permitem o uso de flangescomuns, pois são normalmente acopladas diretamente natubulação, podendo ser também soldadas ao tubo. A parede dotubo é perfurada e o acabamento interno é feito como descritoanteriormente.


Quando as conexão são colocadas diretamente no tubo, o“NIPPLE” deve estar exatamente perpendicular ao tubo enão deve penetrar no mesmo.

A espessura do flange da placa de orifício não permite que atomada a jusante seja colocada próxima à placa, em linhasde pequenos diâmetros.

Por esta razão este tipo de tomadas são mais indicados paratubos de diâmetros acima de 4 polegadas.

O centro da tomada de alta pressão deverá estar localizadoentre ½ e 2D do plano de entrada da placa.

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O centro da tomada de baixa pressão estará colocado noponto em que a pressão é mínima “Vena Contracta”. Essadistância depende da relação d/D.


Para relações d/D menores que 0,72 a tomada de baixapressão poderá ser feita a uma distância D/2 após a placacom um erro desprezível.

Porém, quando tivermos tubulações com diâmetrosmenores que 6” a tomada de baixa pressão deverá serfeita no próprio flange o que poderá ser um inconveniente.

Uma das vantagens deste tipo de tomada é o fato de nãonecessitarmos de flanges especiais.

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Observação:A distância Dv dependerá de β, o qual determinará o pontode Vena Contracta.

c) Tomadas de Tubulações (Pipe Taps)

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As tomadas de tubulação (montante: 2,5 diâmetro do tubodistante da placa, jusante; 8 diâmetro de distância),permitem a medição direta da perda de carga permanenteatual.

O diferencial é menor que em outros tipos de tomada, paraa mesma vazão o mesmo diâmetro de orifício.


A rugosidade da parede a jusante pode criar uma perdade carga adicional e ocasionar erros na medição.Não são necessários flanges especiais, não podemosutilizar para fluxos bidirecionais.

d) Tomada de Canto (CORNER TAPS)

As tomadas de canto são constituídas nas flanges de placae são usadas principalmente para tubos abaixo de 2polegadas de diâmetro.

A placa de orifício situa-se numa reentrância dos flanges.

A tomada de pressão feita através de uma estreita

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A tomada de pressão feita através de uma estreitapassagem concêntrica num anel piezométrico entalhadona face do flange.

Suas vantagens são as mesmas das tomadas nos flanges,porém são mais sujeitas a entupimentos que as tomadasde flanges.


e) Tomadas tipo RADIUS/TAPS

É simular à Vena Contracta, exceto o fato da tomada debaixa pressão estar situada a meio diâmetro da facemontante da placa de orifício.

Existem diferenças quanto à precisão e também limitesreferentes ao Nº de REYNOLDS entre elas e portanto seuuso não é frequente, embora apresente a vantagem de tersua distância da tomada de baixa pressão independente darelação entre os diâmetros (β).

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TABELA - Tipos de Tomadas de Impulso para Placas de Orifício Concêntrico.


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MEDIÇÃO DE VAZÃO POR PRESSÃO DIFERENCIALMEDIÇÃO DE VAZÃO POR PRESSÃO DIFERENCIAL

* Depende da relação d/D.

3.4) Medição de vazão por Pressão Diferencial

Os transmissores de vazão por pressão diferencial sebaseiam nos mesmos princípios físicos utilizados natecnologia de medição de pressão.

Assim, são utilizados os tipos piezoelétrico; strain-gauge,

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Assim, são utilizados os tipos piezoelétrico; strain-gauge,célula capacitiva, etc..., para medir a pressão diferencialimposta por um elemento deprimogênio cuidadosamentecalculado para permitir a obtenção da faixa de vazão quepassa por um duto, conforme já visto em tópicos anteriores.

Como a pressão diferencial é relativamente baixa, as faixasde medição destes transmissores são expressasnormalmente em mmH2O, kPa ou polegada de água.


Uma das maneiras mais utilizadas para se medir a vazão deum fluido qualquer em um processo industrial é aproveitar-se da relação entre vazão e pressão deste fluido.

Para isto, são utilizados elementos deprimogênios, tais comoplacas de orifício, que atuam como elementos primários epossibilitam efetuar a medição de uma pressão diferencialque é correspondente à vazão que passa por ele.

Porém, essa relação não é linear e sim quadrática. Destaforma são utilizadas unidades aritméticas denominadasExtrator de Raiz Quadrada cuja função é a de permitir quevalores medidos pelos transmissor representem a vazãomedida.

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medida.

Esta função, extrator de raiz, pode estar incorporada aotransmissor, estar separada como um instrumento ou atémesmo ser uma função executada via software em sistemade controle, em um controlador digital ou até mesmo em umcontrolador lógico programável.

3.4.1) Curva Teórica de um Extrator de raiz

Percentualmente a curva teórica saída/entrada de taisacessórios é representada pela Fig. a seguir.

As saídas (S) correspondentes às entradas (E) de 1; 4;9; 25; 36; 49; 64; 81 e 100% são respectivamente 10,20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90 e 100%, onde:


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Qualquer que seja a tecnologia utilizada, o extrator de raizquadrada será basicamente um amplificador de ganho variável,com ganho extremamente alto para baixos valores do sinal deentrada e ganhos baixos para altos valores do sinal de entrada.


3.4.2) Instalação do Transmissor

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3.4.3) Orientações de Instalação das Tomadas


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ROTÂMETROSROTÂMETROS

3.5) Medição de vazão por Área Variável (Rotâmetros)

Rotâmetro são medidores de vazão por área variável nosquais um flutuador varia sua posição dentro de um tubocônico, proporcionalmente à vazão do fluido.

Basicamente um rotâmetro consiste de duas partes:1)Um tubo de vidro de formato cônico que é colocadoverticalmente na tubulação, em que passará o fluido a sermedido e cuja extremidade maior fica voltada para cima.

2) No interior do tubo cônico, um flutuador que se moveráverticalmente, em função da vazão medida.

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O fluido passa através no tubo da base para o topo. Quando nãohá vazão o flutuador permanece na base do tubo e seu diâmetromaior é usualmente selecionado de tal maneira que o bloqueia apequena extremidade do tubo, quase que completamente.

Quando a vazão começa e o fluido atinge o flutuador, o empuxotorna o flutuador mais leve, porém como o flutuador tem umadensidade maior que a do fluido, o empuxo não é suficiente paralevantar o flutuador.

Com a vazão, surge também uma força de atrito, entre o fluidoe o flutuador, que tende a levá-lo para cima, a chamaremos de

3.5.1) Princípios Básicos do Rotâmetros

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e o flutuador, que tende a levá-lo para cima, a chamaremos deforça de arraste.

Quando a vazão atinge um valor que faça a força de arraste sermaior que a força peso do flutuador, este começará a subir.

Se o tubo fosse paralelo o flutuador subiria até o topo; massendo cônico a força de arraste diminui a medida que o flutuadorsobe até estabilizar em uma nova posição(pois aumenta a áreadisponível para a passagem do fluido).

Qualquer aumento na vazão movimenta o flutuador para a partesuperior do tubo de vidro e a diminuição causa uma queda a umnível mais baixo.


Cada posição sua corresponde a um valor determinado devazão e somente um.

É somente necessário colocar uma escala calibrada na parteexterna do tubo e a vazão poderá ser determinada pelaObservação direta da posição do flutuador.

As forças que atuam no flutuador estão representadas na figura a seguir.

3.5.2) Condições de Equilíbrio

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Para as condições de equilíbrio empregamos as seguintes equações:

Em que:W = peso do flutuadorvf = volume do flutuador

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vf = volume do flutuadorγf = peso específico do flutuadorγ! = peso específico do fluidoF = força de arraste do fluido sobre o flutuadorE = força de empuxo do fluido sobre o flutuadorCd = coeficiente de arraste do fluido sobre o flutuadorV = velocidade do fluidoAf = área da seção do flutuadorAw = seção interior do tubo (livre)

Resolvendo as equações anteriores, temos:


O valor Cd depende da viscosidade do fluido e daaerodinâmica do flutuador. Por conveniência incorporamoso termo

a este coeficiente de descarga passando a expressão anterior para:

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Como a vazão é igual a:

Sendo Aw = seção interna do tubo resulta: Vazão em volume


Ou em medidas de peso

Esta fórmula permite determinar a vazão do fluido que passaatravés de um rotâmetro conhecido.

3.5.3) Tipos de Flutuadores

Os flutuadores podem ter vários perfis de construção. Na

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Os flutuadores podem ter vários perfis de construção. Nafigura a seguir, podemos ver os tipos mais utilizados.


1 - EsféricoPara baixas vazões, e pouca precisão, sofre uma influênciaconsiderável da viscosidade do fluido.

2 - Cilindro com bordo plana Para vazões medias e elevadassofre uma influência média da viscosidade do fluido.

3 - Cilindro com bordo saliente de face inclinada para o fluxosofre menor influência da viscosidade do fluido.

4 - Cilindro com bordo saliente contra o fluxo sofre a mínimainfluência da viscosidade do fluido

3.5.4) Material do Flutuador

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3.5.4) Material do Flutuador

O material mais empregado nos flutuadores é o aço inoxidável316, sendo no entanto que na indústria para satisfazerexigências de resistência, corrosão, etc., se utilizam outrosmateriais também.

As tabelas a seguir mostram os pesos específicos de diversosmateriais empregados em flutuadores.

Veja a tabela a seguir:

a) Materiais utilizados em flutuadores e seus pesos específicos


b) Materiais utilizados em flutuadores esféricos

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Os rotâmetros são montados verticalmente na tubulação dofluido, cuja vazão se deseja medir, e de maneira tal que ofluido seja dirigido de baixo para cima.

Ele pode ser colocado diretamente na tubulação ou emderivação como indicado na figura abaixo e que se consideracomo ideal.

Nela o rotâmetro é instalado numa linha de “by-pass” e umsistema de válvulas é utilizado de tal forma que garanta ofuncionamento do processo mesmo que o rotâmetro tenhaque ser retirado para limpeza ou manutenção.

3.5.5) Instalação

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que ser retirado para limpeza ou manutenção.

MEDIDORES ROTATIVOS MEDIDORES ROTATIVOS

3.6) Medição de vazão por Medidores Rotativos

Este tipo de medidor de vazão aciona propulsores (rotores)internos. Sendo que sua velocidade de rotação será emfunção da velocidade do fluido através da câmara demedição.

3 tipos básicos podem ser destacados:a) Rotores de lóbulosb) Palhetas corrediçasc) Palhetas Retratil

Os rotores lobulares são os mais utilizados para mediçõesde vazões de gases.

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de vazões de gases.

Estes dispositivos possuem dois rotores com movimentosopostos com a posição relativamente fixa internamente, auma estrutura cilíndrica.


A câmara de medição é formada pela parede do cilindro e asuperfície da metade do rotor.

Estando o rotor na posição vertical em determinado volumede gás ficará retido no compartimento de medição.

Como o rotor gira devido a pequena diferença de pressãoentre a entrada e saída, o volume medido do gás édescarregado na base do medidor.

Esta ação sucede-se 4 vezes em uma movimentaçãocompleta com os rotores em deslocamentos opostos e auma velocidade proporcional ao volume do gás deslocado.

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No medidor por palhetas existem muitas variedades.

Palhetas podem ser movidas radicalmente (corredição)conforme a superfície de uma came ou são articuladascomo no tipo retrátil.

Um medidor de vazão tipo turbina, conforme a figura aseguir, consiste basicamente de um rotor provido depalhetas, suspenso numa corrente de fluido com seu eixode rotação paralelo a direção do fluxo.

3.7) Medição de vazão por Medidores Turbina


O rotor é acionado pela passagem de fluido sobre as palhetasem ângulo; a velocidade angular do rotor é proporcional àvelocidade do fluido que, por sua vez, é proporcional à vazãodo volume.

Uma bobina sensora na parte externa do corpo do medidor,detecta o movimento do rotor.

Qv = 360.fK

Pulsos por m3

Pulsos por segundoVazão em m3 / h

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Pulsos por m3


Esta bobina é alimentada, produzindo um campo magnético.

Como as palhetas do rotor são feitas de material ferroso, à

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Como as palhetas do rotor são feitas de material ferroso, àmedida que cada palheta passa em frente à bobina corta ocampo magnético e produz um pulso.

O sinal de saída é uma seqüência de pulsos de tensão, em quecada pulso representa um pequeno volume determinado delíquido.

O sinal detectado é linear com a vazão. Unidades eletrônicasassociadas permitem indicar a vazão unitária ou o volumetotalizado, podendo efetuar a correção automática datemperatura e/ou pressão e outras funções.

Embora a teoria básica de um medidor a turbina seja muitosimples, o projeto detalhado é muito trabalhoso e complexo, odesempenho final depende de numerosos fatores, tais como:ângulo da palheta, o tipo de mancais, o número de palhetas,bem como a usinagem e montagem dentro das tolerânciasrígidas.


Um medidor de turbina corretamente projetado e fabricadotem uma elevada precisão numa faixa de vazão superior a10:1 e excelente repetibilidade.

Ademais, é pequeno e leve (em relação ao tubo) e tem altacapacidade de vazão para um dado tamanho de medidor. Ainstalação de um medidor de turbina é uma operação maissimples.

Por conseguinte, os medidores de turbina são amplamenteusados em medições de transferência com fins de faturamentopara produtos, tais como: óleo cru, petróleo bruto, gás....

Um medidor de turbina é uma unidade versátil: possui umafaixa de pressão e temperatura muito ampla., e uma vez que

60

faixa de pressão e temperatura muito ampla., e uma vez queo mesmo é fabricado em aço inoxidável, é compatível comuma ampla faixa de fluidos.

Estes, todavia, devem ser relativamente limpos, não ter altaviscosidade e a vazão deve ser em regime laminar.

Para estes medidores é muito importante a linearização davazão, acima temos um exemplo de linearizador que éinstalado dentro da tubulação.

MEDIDORES MAGNÉTICOS MEDIDORES MAGNÉTICOS

3.8) Medição de vazão por Eletromagnetismo

O princípio de medição é baseado na lei de Faraday que diz que:“Quando um condutor se move dentro de um campomagnético, é produzida uma força eletromotriz (f.e.m.)proporcional a sua velocidade.”

Vamos supor que nós temos um campo magnético, comdensidade de fluxo magnético igual a B (gauss), aplicado a umaseção de uma tubulação com diâmetro D (cm).

Se a velocidade média do fluido que passa pela tubulação é iguala V (cm/seg), quando colocamos um par de eletrodos em umaposição perpendicular ao fluxo magnético, teremosuma força eletromotriz E(V) induzida nestes eletrodos, e a sua

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uma força eletromotriz E(V) induzida nestes eletrodos, e a suaamplitude dada por:

A figura ilustra a disposição física dos componentes do medidorem uma tubulação.

E = B.d.V (1)

Onde:

E: fem induzida (V)

B: densidade do fluxo magnético (T)

d: diâmetro interno do detector (m)

V: velocidade do fluido(m/s)

Para a vazão temos a seguinte fórmula: Q=S.V (2)

onde: S: área da secção transversal do tubo (m)

V: velocidade média do fluido (m/s)

Q:vazão

Fazendo uso das equações (1) e (2), podemos determinar que a Fem induzida é proporcional à vazão

S = ππππ.d2/4 (3)

E = B.d.V (4)

Substituindo a equação (3) e (4) na equação (2).

Q = S.V (2)


62

Q= ππππ. d2.E/ 4Bd Q= ππππ. d.E/ 4B (5)

Na equação 5, se B constante, então Q será proporcional a E, pois ππππ.d./ 4B torna-se constante. Em outras palavras, a Fem induzida E, seconhecida, irá representar a vazão Q.

Como podemos observar pela equação, variações na densidadede fluxo magnético (B) provoca erro direto no valor de vazão(Q).

A influência das variações de (B) no sinal de vazão (Q) éeliminada pelo transmissor, que também amplifica o microsinalque vem do detector de modo que esse sinal possa operar osinstrumentos de recepção.

O medidor de vazão eletromagnético utiliza um campomagnético com forma de onda quadrada em baixa freqüência,e lê o sinal de vazão quando o fluxo magnético estácompletamente saturado fazendo com que não ocorrainfluência no sinal devido a flutuações de corrente.

Todos os detectores são ajustados de maneira que a relaçãoda tensão induzida (E) pela densidade de fluxo magnético (B)seja mantida em um valor proporcional, somente à velocidademédia do fluxo, independente do diâmetro, alimentação efreqüência.


63

Observações:

1 - É de suma importância que a parede interna da tubulaçãonão conduza eletricidade e que a parte do tubo ocupada pelovolume definido pelas bobinas não provoque distorções nocampo magnético.

2 - As medições por meio de instrumentos magnéticos sãoindependentes de propriedades do fluido, tais como adensidade, a viscosidade, a pressão, a temperatura ou mesmoo teor de sólidos.

3 - Que o fluxo a ser medido seja condutor de eletricidade.


64

Princípio de funcionamento de medidor magnético de vazão


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Considera-se o elemento primário como um gerador simplesdesenvolvendo uma tensão e, conectado em série com aresistência interna do fluido Rf. A tensão da saída es destegerador é recebida pelo elemento secundários, que tem umaresistência Rs. A resistência Rf do fluido entre os eletrodos édada aproximadamente pela seguinte forma:

A INFLUÊNCIA DA CONDUTIVIDADE:

e

fd

R.

1

ξ= onde:

de: é o diâmetro do Eletroduto.

: Condutividade do fluido em Siemens/metroξ


66

e

+−=

es

s

dRe

e

..1

11

ξ

Desta forma, a relação da tensão de saída pela entrada é:

Se a impedância Rs é de 1 MΩ , o Fluído água com condutividadede 10-2 S/m e o diâmetro do eletroduto de 0,01 m, temos:

99,01

11

..1

11

101010102226

≈+

−=

+−=

−−e

es

+−=

es

s

dRe

e

..1

11

ξ

Ou seja, 99%. Se a condutividade do fluido fosse aumentadade um fator 10, a relação acima passaria a 99,9%, ou seja: umaumento de 10% na condutividade só provocaria uma mudançainferior a 1% na relação. Todavia, se a condutividade tivessediminuído 10 vezes, a relação es/e teria passado a 90% ouseja, 10% de variação.

Observamos, então, que, a partir de um certo limite decondutividade, que depende de determinadas combinaçõesentre o elemento primário e o secundário, não há problema deinfluencia de condutividade do fluido sobre a precisão da


67

influencia de condutividade do fluido sobre a precisão da

medição, desde que seja superior aos limites recomendados.

3.9) Medição de vazão por Ultra-som

A técnica de medição de vazão por ultra-som vemadquirindo crescente importância para a medição industrialde vazão de fluidos em tubulações fechadas.

Como a medição de vazão ultra-som é feita, geralmente,sem contato com o fluido não há criação de turbulência ouperda de carga, que era causada pelos medidores de vazãocomo placas de orifício, entre outros.

Além disso, possibilita a medição de vazão de fluidosaltamente corrosivos, líquidos não condutores, líquidos

MEDIDORES POR ULTRAMEDIDORES POR ULTRA--SOMSOM

68

altamente corrosivos, líquidos não condutores, líquidosviscosos.

Além das vantagens já mencionadas, os medidores devazão ultrasônicos possuem ainda:

− Precisão relativamente elevada (0,5% no fim da escala)

− Maior extensão da faixa de medição com saída linear.

− Apresentam garantia elevada, pois não possuem peçasmóveis em contato com o fluido não sendo sujeitas adesgaste mecânico.

− Possibilita medição em tubos com diâmetros que vão de1 a 60 polegadas.

− A medição é essencialmente independente datemperatura, da densidade, da viscosidade e da pressão dofluido.

Entre as desvantagens podemos citar:

− Custo elevado na aplicação em tubos de pequenos diâmetros.

3.9.1) Tipos de Medidores

Basicamente os medidores de vazão por ultra-som podemser divididos em dois tipos principais.

− Medidores a efeito DOPPLER

− Medidores por tempo de passagem

3.9.2) Princípio de Funcionamento


69

3.9.2) Princípio de Funcionamento

O medidor de vazão ultra-sônico se fundamenta no princípioda propagação de som num líquido. A noção que os pulsosde pressão sonora se propagam na água à velocidade dosom, vem desde os dias do primeiro desenvolvimento dosonar.

Num medidor de vazão, os pulsos sonoros são gerados, emgeral, por um transdutor piezoelétrico que transforma umsinal elétrico em vibração, que é transmitida no líquido comoum trem de pulsos.

Quando um pulso ultra-sônico é dirigido a jusante, suavelocidade é adicionada à velocidade da corrente. Quandoum pulso é dirigido à montante, a velocidade do impulso nolíquido é desacelerada pela velocidade da corrente.

Baseado nessas informações é possível determinar a vazãode fluidos por ultra-som.

Vejamos a seguir o princípio de funcionamento dos doistipos de medidores mencionados.

a) Medição por tempo de Transito

Estes medidores não são adequados para medir fluidos quecontém partículas.

Seu funcionamento se baseia na medição da diferença develocidade de propagação dos pulsos ultra-sônicos,quando aplicados a jusante ou a montante.


70

quando aplicados a jusante ou a montante.

Essa diferença de velocidade acarreta uma diferença detempo na passagem dos dois sentidos.

A diferença dos tempos de passagem é proporcional àvelocidade do fluxo e também à vazão, conhecida ageometria do fluxo.

Por esta razão, instalam-se sobre uma tubulação duasunidades transmissoras/receptoras de ultra som(unidades 1 e 2 da figura a seguir) de tal forma que asua linha de ligação, de comprimento L, forme umângulo α com o vetor de velocidade de fluxo no tubo(admite-se que a velocidade média de fluxo seja V).

Princípio da medição ultra-sônica por tempo de passagem

Os tempos de passagem de um sinal ultra-sônico de A para B nosentido da corrente (a montante) e no sentido de contracorrente Bpara A (a jusante) são:


θCosVV

LT

S

AB.+

=

71

para A (a jusante) são:

θCosVV

LT

S

BA.−

=

Logo, o valor da velocidade será diretamente proporcional adiferença entre os tempos de trânsito

−=

TTx

Cos

LV

BAAB

11

.2 θ


72

Onde:Co = velocidade do som no fluido medidoL = comprimento do feixe medidorϕ = ângulo de inclinação do feixe medidor em relação ao vetor de VV = velocidade média do fluido.

A diferença dos tempos de passagem ∆T (∆T = T12 - T21) éproporcional à velocidade do fluxo V bem como àvelocidade do som (Co) no fluido.

Sendo possível determinar ou compensar a velocidade dosom Co por outros meios.


73

A diferença do tempo de passagem ∆T fica sendodiretamente proporcional à velocidade de fluxo V, econseqüentemente a vazão QV, desde que os dadosgeométricos do tubo sejam conhecidos.

Na prática, entretanto, para conseguirmos precisão demedidas da ordem de 1% seria necessário circuitos comvelocidade de processamento de sinais muito alta.

Devido a isso foram desenvolvidos processos quepermitem detectar a diferença do tempo de passagem∆T com a alta precisão exigida.

São eles:

− processo de freqüência de repetição de impulso

− medição direta por tempo de passagem

b) Medidores a efeito DOPPLER

A freqüência de uma onda sofre alterações quando existemovimento relativo entre a fonte emissora e um receptor. Avariação da freqüência em função da velocidade é chamadade efeito DOPPLER.

Quando uma partícula refletora se movimenta em relação aum receptor igualmente estacionário.

A variação da freqüência é proporcional a velocidaderelativa entre emissor e o receptor, ou seja, entre apartícula refletora e o receptor.


74

Princípio da medição Doppler


75

Embora à primeira vista pareça um tanto complicado, o efeitoDOPPLER encontra múltiplas aplicações na vida diária. Ocontrole de tráfego por radar, por exemplo, utiliza este efeito,servindo o veículo como refletor.

O deslocamento de freqüência entre o sinal emitido erefletido é proporcional à velocidade do veículo verificado.

Este processo pode servir igualmente para a medição davelocidade média do fluxo e, conseqüentemente, da vazãoem uma tubulação, desde que o fluido a medir contenhapartículas refletoras em quantidade suficiente, tais comosólidos ou bolhas de gás, e desde que a distribuição destaspartículas dentro do fluido permitirá conclusões quanto à


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partículas dentro do fluido permitirá conclusões quanto àvelocidade média do fluxo.

Vejamos agora, como é feita esta medição. O emissor e oreceptor de ultra-som acham-se alojados lado a lado, dentrode um cabeçote medidor.

O sinal de medição com freqüência e amplitude constantes, étransmitido do emissor para o vetor V, da velocidade do fluxo,no ângulo ϕ.

A posição do emissor e do receptor é ajustado de tal formaque suas características direcionais formem um ângulo ϕ .Quando o sinal emitido incide numa partícula conduzida pelofluxo, a reflexão faz sua freqüência alterar-se em:

Onde:fo = freqüência de emissãoϕ = ângulo de entrada do feixeCo = velocidade do som no fluido medidoV = velocidade média do fluxo

Desta forma temos que a variação de freqüência ∆F édiretamente proporcional a velocidade do fluido econseqüentemente à vazão.


77

conseqüentemente à vazão.

A utilização do método de medição por efeito DOPPLERimplica em uma concentração mínima de 5% de partículasrefletoras ou bolhas de ar dentro da corrente do fluido.Alterações na concentração de partículas não exerceminfluência sobre o resultado da medição.

3.10) Medição de vazão por Vórtex

O efeito vortex pode ser observado no vibrar de fios ou cordasao vento, ou ainda em uma bandeira que tremula. Os vortexgerados repetem-se num tempo inversamente proporcional àvazão.

Topo da Montanha

Vortices

MEDIDORES POR VÓRTEXMEDIDORES POR VÓRTEX

78Transmissor de vazão Vortex

Nas aplicações industriais pode-se medir a vazão de gases ,líquidos incorporando ao obstáculo reto sensores quepercebam as ondas dos vortex e gerem um sinal emfreqüência proporcional à vazão.

Este tipo de medidor tem substituído as medições por placade orifício, mas requer os mesmos cuidados na instalaçãopara garantir uma maior precisão.

3.11) Medição de vazão Coriolis

Este medidor de vazão utiliza um fenômeno físico queenvolve a inércia e a aceleração centrípeta.

A vazão de uma tubulação é dividida em duas por dois tubos

MEDIDORES CORIOLISMEDIDORES CORIOLIS

79

A vazão de uma tubulação é dividida em duas por dois tubosparalelos que possuem forma de “U” , e ao fim destes tubosa vazão volta a ser conduzida por um único tubo.

Próximo da parte inferior de cada “U“ existem eletroímãsque fazem os dois tubos oscilarem em suas freqüênciasnaturais de vibração e cuja a amplitude não ultrapassaalguns milímetros.

Com o passar de fluido pelos tubos, em função destaoscilação, surge uma torção nos tubos cuja defasagempermite a medição da vazão mássica.

Esta defasagem é medida por sensores magnéticosinstalados nas partes retas dos tubos em “U”.

Este tipo de medidor pode ser utilizado para medições defluxos de líquidos e gases, com ou sem sólidos emsuspensão.

MEDIDORES CORIOLISMEDIDORES CORIOLIS

80

3.12) Chaves de Vazão

Possuem indicador local de vazão tipo analógico, defuncionamento mecânico, acionado pelo próprio líquido deprocesso e dois contatos elétricos (micro-chaves) parasinalização remota.

Para selecionar a vazão de acionamento dos contatos elétricos(set-point), basta ajustar a posição de um came, usando comoreferência a escala do indicador de vazão.

3.12.1) Tipo Palheta Rotativa

APLICAÇÕES - INDICAÇÃO E ALARMES DE VAZÃO DE:

CHAVES DE VAZÃOCHAVES DE VAZÃO

81

APLICAÇÕES - INDICAÇÃO E ALARMES DE VAZÃO DE:

o Água de selagem de bombas de polpao Óleo de lubrificação em máquinas e equipamentoso Óleo de corte e refrigeração em máquinas de usinagemo Água de refrigeração em trocadores de caloro Água em sistemas de combate a incêndioso Água em sistema de ar condicionadoo Produtos químicos na dosagem de compostoso Óleo hidráulico em unidades de força

3.12.2) Tipo Pistão

O fluido que passa pela tubulação, entra na chave de fluxodeparando-se com uma válvula tipo borboleta cuja função édesviar parte do fluxo para o alojamento do pistão.

Se o fluxo possuir força maior que a mola de retorno dopistão, o mesmo desloca-se causando o acionamento de umreed-switch (contato magnético selado acima do pistão).

Após vencer o pistão e causar o acionamento do contato, ofluxo retorna à linha principal através de um orifíciolocalizado atrás do anteparo do pistão e, finalmente sai dachave de fluxo.


82

chave de fluxo.

3.12.3) Tipo Dispersão Térmica

Como não existem partes móveis, esta chave éextremamente confiável para uso de líquidos e gases limposou sujos, desde que não haja impregnação nos eletrodossensores.

Comumente é usada em indústrias químicas e alimentícias,são resistentes a ataques de fluídos ácidos e básicosfabricados em PVDF e polipropileno, suporta temperaturasaté 70º C, pressão 150 PSIG @ 25º C. Ideal para processode baixíssimas vazões e monitoração de vazão crítica dasválvulas e bombas.


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O sensor consiste de dois RTDs. Um é a referência e osegundo é aquecido à uma temperatura superior à doprocesso. O circuito eletrônico detecta a diferença detemperatura entre os dois elementos. Um aumento na vazãodiminui a diferença de temperatura entre os dois sensores.Osetpoint é ajustado para atuação em determinada diferençade temperatura que indica uma determinada vazão, atuandoum relé de saída.

3.13) Tubo de VENTURI

O tubo VENTURI, combina dentro de uma unidade simples, umacurta garganta estreitada entre duas seções cônicas e estáusualmente instalado entre duas flanges, numa tubulações. Seupropósito é acelerar o fluído e temporariamente baixar suapressão estática.

TUBO DE VENTURITUBO DE VENTURI

84

A recuperação de pressão em um tubo VENTURI é bastanteeficiente, como podemos ver na figura abaixo, sendo seu usorecomendado quando se deseja um maior restabelecimento depressão e quando o fluido medido carrega sólidos em suspensão.O VENTURI produz um diferencial menor que uma placa deorifício para uma mesma vazão e diâmetro igual à sua garganta.

3.13.1) Instalação do Tubo de VENTURI

TUBO DE VENTURITUBO DE VENTURI

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3)´(2´.´..3

2chgLcCQ =

4) Medição de Vazão em Canais Aberto

4.1) Vertedores

São previstos para medição de vazão de líquidos parcialmenteconfinados, ao contrário dos medidores expostos até aqui emtubulações. São aplicados em instalações industriais onde oescoamento é feito por ação da gravidade e são encontrados comcerta freqüência em unidades de tratamento de água.

Trata-se de uma placa vertical com um entalhe enterpondo-se aofluxo, obrigando o fluido a subir à montante até verter à jusantepela abertura da base. A medição é feita pela altura estática dofluido em reservatório proporcional à vazão.

MEDIÇÃO DE VAZÃO EM CANAIS ABERTOMEDIÇÃO DE VAZÃO EM CANAIS ABERTO

mhcch

equaçãonametrosembLccL

phdeeLcLvdefunçãoumaC

smemVazãoQ

ONDE

009,0´

),(´

//´

/

:

3

+=

+=

=

=

86

4.1.1) Exemplos de Instalações de VERTEDORES


87

hmemQemetrosemsãoheLcOnde

hcLcQ

decalhaPara

c

3

547,1

:

..8,635

"3

=

4.2) Calha de PARSHALL

O medidor tipo calha de Parshall é um tipo de Venturi abertoque mede a altura, estática do fluxo. É um medir maisvantajoso que o vertedor, porque apresenta menor perda decarga e serve para medir fluídos com sólidos em suspensão.


88

4.2.1) Calhas de PARCHALL Instaladas

LC = Comprimento da Garganta hc = Altura do Nível a Montante

6 – Cálculo do Diâmetro Mínimo para Medidoresde Vazão Magnéticos de acordo com a Vazãoe Schedule da Tubulação

6.1) Introdução

Normalmente o instrumentista, durante a atividade dedimensionamento, depara-se com algumas limitaçõesmecânicas dos instrumentos utilizados. Essas limitaçõespodem afetar sensivelmente a performance da medição oumesmo inviabilizá-la.

No caso dos medidores de vazão magnéticos deve-se

CÁLCULO DO DIÂMETRO CÁLCULO DO DIÂMETRO

89

No caso dos medidores de vazão magnéticos deve-sesempre atentar para os valores de vazão mínimanecessários ao bom funcionamento do instrumento.

Em determinadas situações de projeto pode haver anecessidade de instalação de medidor magnético de vazãoem determinada tubulação com valor baixo de vazão.

Nessa situação um cálculo simples deve ser feito com oobjetivo de fazer com que a velocidade no interior doinstrumento fique acima de um valor mínimo desejável.

6.2) Dados Necessários

Vazão Mínima na tubulação (Caso a vazão mínima nãoseja disponível considerar 10% da vazão nominal);

- Diâmetro e Schedule da tubulação; Ex: 2” – sch 40;

--Valor mínimo de velocidade para o tipo de fluido emquestão conforme definido nos critérios de projeto.Ex:Água = > 1m/s;

6.3) Cálculo


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Q = A x v

OndeQ = Vazão Mínima (m3/h);A = Área Interna do tubo;Di = Diâmetro interno (Ver espec. de tubulação para o Schedule);v= Velocidade do fluido (m/s).

Ex: Verificar a necessidade de redução para instalação deum medidor magnético de vazão numa tubulação de 3” –sch 40 para medição de água com Q min = 10 m3/h;

A = (∏ . (Di)2)/4 Conforme espec Di = De – (Espess)x2

Di = 88.9 mm – 2x(5.49) mm = 77,92 mm = 0,07792 m

Di

6.3) Cálculo (cont)

A = (∏ . (Di)2)/4

A = 3,14 x 0,077922/4

A = 0,00477 m2

v = Q/A

v = (10/3600)/ 0,00477 (m3/s)/ m2

v = 0,582 m/s (Valor Muito baixo de velocidade!!!!)


91

v = 0,582 m/s (Valor Muito baixo de velocidade!!!!)

Refazendo o cálculo para diâm = 2” (considerando que omedidor será instalado com uma redução de 2”) temosA = (∏ . (Di)2)/4

Di = 60,3 mm – (3,91)x2 mm = 52,48 mm = 0,05248 m

A = 3.14 x 0,052482/4 A = 0,00216 m2

v = Q/A

v = (10/3600)/ 0,00216 (m3/s)/ m2

v = 1,28 m/s OK!

Obs: A redução pode chegar à no máximo metade do diâmetro original!!!

6.4) Exercícios Propostos

1 - Defina o que é vazão.2 - Para que serve a medição de vazão?3 - Faça a conversão das unidades de vazão volumétrica:

a) 32 m-3/h = _______________________GPMb) 69 GPM = _______________________pé3/hc) 78 l/min = _______________________m3/mind) 57 m3/h = _______________________BPHe) 47 BPD = _______________________pé3/minf) 4 m3/h = _______________________l/hg) 6 GPM = _______________________l/h

EXERCÍCIOS EXERCÍCIOS

92

4 - Faça a conversão das unidades de vazão gravimétrica:

a) 104 T/dia = ________________________T/hb) 459 Kg/h = ________________________lb/minc) 756 T/h = ________________________Kg/sd) 984 Ib/min = ________________________Kg/he) 724 Kg/s = ________________________lb/s

5 - O que são medidores de quantidade?

6 - Como se dividem os medidores de quantidade ?

7 - Aonde são utilizados os medidores de quantidade?

8 - O que são os medidores volumétricos?

9 - Cite 3 exemplos de medidores de quantidadevolumétricos.

10 - Como é composto um medidor por pressão diferencialvariável?

11 - Cite 3 exemplos de elementos primários demedição de vazão por pressão diferencial.

12 - Defina a placa de orifício.

13 - Defina o tubo venturi.

14 - Defina o bocal.

15 - Defina o tubo Pitot.

16 - Calcule o ∆P no instante em que a vazão é iguala 120 m3/h.


93

Dados: Qmax = 150 m3/h ∆Pmax = 2.000mmHg

17 - Calcule a vazão em m3/h quando o ∆P = 36%.Dados: Dados: Qmax = 500 1/h ∆Pmax = 2.360

mmCA18 - Calcule o ∆P quando a vazão for 2,5 l/s.

Dados: Dados: Qmax = 300 l/min ∆Pmax = 30mmHG

19 - Calcule a vazão em l/h e GPM quando o ∆P for81%.

Dados: Dados: Qmax = 600 l/h ∆Pmax = 1.000mmH2O

20 - Um FT indica 36% no seu indicador local. Qual éo diferencial de pressão aplicado em suas câmaras nesteinstante? Qual é a vazão, sabendo-se que a vazão máximade linha é de 5.000 m3/h, com um diferencial máximo depressão igual a 81 mmH2O?

21 - Um FT indica 49% no seu indicador local. Qual éo diferencial de pressão aplicado em suas câmaras nesteinstante? Qual é a vazão, sabendo-se que a vazão máximada linha é de 6.000 m3/h, com um diferencial máximo depressão igual a 100 mmH2O?

22 - Um FT é instalado em uma linha de processopara medir vazão, o ∆P máximo é de 50” H2O. Qual é a


94

para medir vazão, o ∆P máximo é de 50” H2O. Qual é avazão quando o ∆P for de 20” H2O e qual será a indicaçãona escala do FI em %. Dado: Qmax = 460 m3/h.

23 - Um FT é instalado em uma linha de processopara medir vazão, o ∆P máximo é de 80” H2O. Qual é avazão quando o ∆P for de 30” H2O e qual será a indicaçãona escala do FR em %. Dado: Qmax = 500 m3/h.


95

24 - Como é composto o medidor de vazão porpressão diferencial constante?

25 - Como é basicamente constituído o rotâmetro?

26 - Cite dois tipos de medidores em canais abertos.27 - Qual o princípio de funcionamento do vertedor?

28 - Qual o princípio de funcionamento da calha deParshall?

29 - Qual o princípio de funcionamento do medidormagnético de vazão com eletrodos?

30 - Qual o princípio de funcionamento do medidortipo turbina?

31 - Calcule o fator de calibração da turbina sabendo-se que a vazão é 42 gpm e a freqüência de saída de pulsosé 715 Hz.

32 - Qual o princípio de funcionamento do medidor devazão por efeito Coriolis?

33 - Qual o princípio de funcionamento do medidor devazão por Vortex?

34 - Qual o princípio de funcionamento do medidor devazão por Ultra-som?

35 - Criar uma planilha excell que calcule


96

35 - Criar uma planilha excell que calcule automaticamente a velocidade no medidor magnético dados a vazão mínima, para os schedules 40 e 80 e diâmetros de 2” até 6”.

6) Bibliografia

• Classificação de áreas com atmosferas explosivas e instalações elétricas nessas áreas –Artigo Técnico – Rüdiger Röpke;

• ISA-20-1981 – Specification Forms for Process Measurement and Control Instruments, Primary Elements, and Controle Valves.

• Instrumentação Industrial – IBP – Eugídio Alberto;

BIBLIOGRAFIA BIBLIOGRAFIA

97

• Instrumentação Industrial – IBP – Eugídio Alberto;

• Instrumentação Básica II – Senai-ES/CST;

• Medição de Pressão – Senai/Cetel – MG;

• Industrial Flow Measurement – Publicação ISA - David W. Spitzer;

• Manual de Medição de Vazão – Gerard Delmée

Medição de Vazão_Parte V

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