mÉtodos de mediÇÃo de caudal ulisses fernandes ulisses@navier.ist.utl.pt -novembro 2003-

Apr 22, 2023

MÉTODOS DE MEDIÇÃO DE CAUDALMÉTODOS DE MEDIÇÃO DE CAUDAL

Ulisses FernandesUlisses Fernandes

ulisses@navier.ist.utl.ptulisses@navier.ist.utl.pt

-Novembro 2003--Novembro 2003-

MÉTODOS EXPERIMENTAIS EM ENERGIA E AMBIENTEMÉTODOS EXPERIMENTAIS EM ENERGIA E AMBIENTE

________________________2

INTRODUÇÃO CAUDAL :

Definição

É o volume ou a massa que atravessa uma secção de passagem por unidade de tempo.

Caudal Volúmico

Caudal Mássico)(.

)(ttempounid

mmassam

).()(.

)( UvelocÁreattempounid

VvolumeQv

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Relação entre caudal mássico e caudal volúmico:

tVQm v

CAUDAL

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CAUDAL

O caudal é uma variável bastante difícil de medir com rigor

Depende de certas propriedades físicas do fluido, tais

como:

Densidade (ρ)

Temperatura (T)

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Medição de Caudal Há três formas de medir o caudal

1- Medição Indirecta

2- Medição Directa Mede-se directamente o caudal volumétrico ou caudal mássico

3- Medição usando Medidores Especiais

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Medição Indirecta

Medem-se a velocidade ou a perda de carga

Exemplos:

• Orifício Calibrado• Venturi • Tubo de Pitot• Certos Rotâmetros

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Orifício CalibradoCálculo de caudal

Para escoamento subsónico Fuido incompressível Conduta na posição horizontal

Aplicando a equação de Bernoulli entre os pontos 1 e 2 tem-se:

2

12221 2

121 UUPPP

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Orifício CalibradoCálculo de caudal (cont.)

Após alguma manipulação da equação anterior vem:

A0 é a área do orifício

Cf é coeficiente de fluxo (toma valores entre 0.6 e 0.9, depende do Número de Reynolds e dos diâmetros do tubo e do orifício)

PACslQ f

20

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Orifício Calibrado

Exemplo de cálculo(*)

(*) - www.efonda.com (engineering foundamentals)

Dados de entrada

Pipe (inlet) diameter upstream of orifice, Di: 10cmOrifice Diameter (less than the inlet) diameter , D0: 8 cmPressure difference across the orifice, p: 10 PaFluid density, : 1.29 kg/m3

Flow Coefficient, Cf: 0.7

ResultadosVelocity at the inlet, U:  1.76  m/s Volumetric Flowrate, Q: 13.9  l/s Mass Flowrate:  0.0179  kg/s

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Orifício Calibrado

Vantagens/Limitações Fácil de construirFácil de calibrarBarato Reguer algum cuidado no acabamento do orifício

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Venturi

Cálculo de caudal

Para escoamento subsónico Fuido incompressível

Aplicando a equação de Bernoulli entre os pontos a e b a equação resultante será semelhante à obtida para o Orifício Calibrado:

22

21

21

abba UUPPP

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Venturi Cálculo de caudal (cont.)

Após alguma manipulação equação resultante será:

C é o coeficiente de descarga que depende do Número de Reynolds do escoamento. Tipicamente C toma valores entre 0.90 e 0.98

1

22

b

a

a

AA

APCslQ

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Venturi

Venturi – Exemplo de cálculo

Dados de entrada

Pipe diameter upstream of venturi, Da: 10 cmDiameter of venturi neck, Db: 7 cmPressure difference measured by venturi, p : 10 PaFluid density, : 1.29 kg/m3

Discharge Coefficient, C(*): 0.99

ResultadosVelocity at A, V:  2.21  m/s Volume Flowrate, Q: 17.0  l/s Mass Flowrate:  0.0220 kg/s

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Rotâmetro

Existem no mercado vários tipos de rotâmetros para diversos tipos de aplicação

São fáceis de instalar Permitem leitura fácil com boa precisão Para fluidos diferentes da água ou do ar é necessário fazer conversão:

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Rotâmetro

Líquidos

Rotâmetro de precisão

Gases

hl

1.ρρfρ1ρfqq

11

1vOHv 12

hmdffqqb

nnvairnv

3

1.293.1)()(

1

in

out

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Rotâmetro

• Parâmetros usados na correcção:

• qv (H2O)- caudal volúmico da água • qv1 – caudal volúmico do fluido)• (qv1)n- caudal volúmico do gás em (m3/s)• ρf- densidade do flutuador• ρ1- densidade do fluido em operação

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Medidores Directos

Medem através do impacto do fluido

• Caudalímetro tipo hélice/turbina

• Anemómetro de turbina

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Medidores Especiais

Exemplos:

Caudalímetro Electromagnético

Caudalímetro Ultrassónico

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Medidores Especiais

Caudalímetro Electromagnético

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Medidores Especiais

Medidor Ultrasónico

Vantagens/Limitação

Portátil e fácil de instalar

Pode ser alimentado a bateria

Requer acesso à conduta

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Limitação de utilização dos equipamentos

Fora da gama de utilização os equipamentos funcionam de forma deficiente

Limites de utilização (valores de referências)

Equipamento Velocidade (m/s)Anemómetro de turbina ou de pás 0.5 a 15?Anemómetro de fio quente 0.005 a 5Tubo de Pitot 0.5 a 50Rotâmetro 0.01 a 5Medidor ultrassónico 0.1 a 10

Medidor (electromagnético) de Coriolis 0.1 a 10Medidor electromagnético (de indução) 0.1 a 10Medidor por vórtice (de von Karman) 1.7 a 75

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REFERÊNCIAS

1- http://www.omega.com2- http://www.contimetra.com/3- http://www.efunda.com/4- http://www.contimetra.com/5- http://www.yokogawa.es