Download - Instrumentao e Controles Industriais - Parte 3

1Instrumentao e Controles Instrumentao e Controles IndustriaisIndustriais

Parte IIIParte III

Transdutores IndustriaisTransdutores Industriais

PressPressoo, , FluxoFluxo, , VazVazoo e Nvele Nvel

SENSORES DE PRESSOSENSORES DE PRESSO

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Sensores de presso Sensores de presso

A medio e o controle da presso de fluidos (liquido A medio e o controle da presso de fluidos (liquido e gs) uma das mais comuns de todos os e gs) uma das mais comuns de todos os processos industriais.processos industriais.

Funo da grande variedade de condies, faixas e Funo da grande variedade de condies, faixas e materiais para as quais a presso deve ser medida, materiais para as quais a presso deve ser medida, existem diferentes tipos de desenhos de sensor de existem diferentes tipos de desenhos de sensor de presso.presso.

A medio da presso acompanhada por A medio da presso acompanhada por converses da informao da presso a formas converses da informao da presso a formas intermedirias, tais como deslocamentos, estes so intermedirias, tais como deslocamentos, estes so medidos ento por um sensor para determinar a medidos ento por um sensor para determinar a presso. presso.

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Princpios da presso Princpios da presso

Presso Presso a fora por unidade de rea que um fluido a fora por unidade de rea que um fluido exerce sobre seu entornoexerce sobre seu entorno..

Num gs , a presso do gs a Num gs , a presso do gs a fora por unidade de fora por unidade de rearea que o gs exerce sobre as paredes do vasilhame que o gs exerce sobre as paredes do vasilhame que ocupa.que ocupa.

A presso do gs A presso do gs uniformeuniforme sobre todas as paredes sobre todas as paredes onde o gs contido.onde o gs contido.

Num lquido, a presso a fora por unidade de rea Num lquido, a presso a fora por unidade de rea que o liquido exerce sobre o vasilhame que o contm.que o liquido exerce sobre o vasilhame que o contm.

No lquido a presso varia, sendo maior no fundo do No lquido a presso varia, sendo maior no fundo do tubo e zero na superfcie, que no precisa estar tubo e zero na superfcie, que no precisa estar fechada. fechada.

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Princpios da pressoPrincpios da presso

Presso estticaPresso esttica A presso neste caso onde no h movimento referida

como presso esttica.

Presso dinmicaPresso dinmica Se o fluido est em movimento, a presso que exerce sobre

seu entorno depende do movimento.9 Se medida a presso da gua na mangueira com a vlvula

fechada, se tem uma presso de 40 lb. por polegada

9 Se a vlvula est aberta, a presso na mangueira cairia num valor diferente, 30 lb. por polegada quadradas.

Deve assim ser feita uma descrio completa das circunstancias sob as quais a presso foi medida.

A presso pode depender do fluido, compressibilidade do fluido, foras externas, e outros numerosos fatores

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UnidadesUnidadesA pressA presso o forfora por unidade de a por unidade de rearea, , no sistema SI de unidades Newtons por metro

quadrado Pascal (Pa), ento: 1 Pa = 1 N/m2. utilizada com prefixos standards do SI, como

kPa ou MPa.

No sistema InglNo sistema Inglss libras por polegadas libras por polegadas quadradasquadradas,, lblb./pol./pol22, , psipsi..Converter 1 psi para kPa : 1 psi = 6.895 kPa.

Outra unidade Outra unidade a a atmosfera (atm.),atmosfera (atm.), 101.325101.325kPakPa..

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Presso relativaPresso relativaEm vrios casos a presso absoluta no a mais

importante na descrio da presso.A atmosfera de gs que se encontra ao redor da

Terra exerce uma presso, devido ao seu peso, na superfcie da terra de aproximadamente 14.7 psi ou 1 atmosfera;Se um tubo fechado na superfcie da terra contm

um gs na presso absoluta de 1 atm, ento no ser exercida uma presso efetiva sobre as paredes do vasilhame devido ao que o gs atmosfrico exerce a mesma presso desde do lado fora.

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Presso relativaPresso relativaEm casos como este, mais apropriado descrever

a presso num sentido relativo, que , comparando com a presso atmosfrica.

chamada presso relativa que dada por: Pa = Pabs - Pat Eq.1.19onde

Pa = Presso relativa

Pabs = Presso absoluta

Pat = Presso atmosfrica

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Presso de topo Presso de topo Para lquidos a presso de topo usada para

descrever a presso no tanque ou conduto.

a presso esttica produzida pelo peso do lquido no ponto onde a presso est sendo descrita.

Esta presso depende somente do peso do lquido naquele ponto e da densidade do lquido (massa por unidade de volume).

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Presso de topo Presso de topo Em termos de uma equao, se um lquido

contido num tanque, ento a presso no fundo do tanque dada por:

p = gh Eq.1.29onde

p = presso em Pa

= densidade em Kg/m3 g = acelerao da gravidade

h = profundidade do lquido em metros

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Princpios da pressoPrincpios da presso Exemplo 1.1:Exemplo 1.1: Um tanque de gua tem uma profundidade de 7.0 ps. Qual

ser a presso no fundo do tanque em psi e Pa? (densidade = 103 kg/m3)

SoluSoluo:o: Para achar a presso em Pa convertemos 7.0 ps em metros

mediante a expresso, (7.0 ps)(0.3048 m/ps) = 2.1 m.

Logo levando para a frmula p = gh9 p = (103 kg/m3)x(9.8 m/s2)x(2.1m) = 21 kPa.

Agora para achar a presso em psi, podemos converter a presso de Pa em psi ou podemos usar a equao p = whw= (103 kg/m3)x(9.8 m/s2) = 9.8x103 N/m3ou

w = (9.8x103 N/m3)x(0.3048 m/p3)(0.2248 lb/N) = 62.4 lb/p3 A presso

p = (62.4 lb/p3)x(7.0 ps) = 3 psi.

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Sensores de pressoSensores de presso( p > uma atmosfera) ( p > uma atmosfera)

Em geral, os desenhos de sensores de Em geral, os desenhos de sensores de presso empregados para a medio da presso empregados para a medio da presso maiores que 1 atmosfera diferem dos presso maiores que 1 atmosfera diferem dos empregados para medir presses menores empregados para medir presses menores que 1 atmosfera. que 1 atmosfera. Muitos sensores de presso utilizados no Muitos sensores de presso utilizados no

controle de processos requerem a traduo controle de processos requerem a traduo da informao da presso em deslocamentos da informao da presso em deslocamentos fsicos.fsicos.Medies de presso requerem tcnicas de Medies de presso requerem tcnicas de

produo de deslocamento e meios para a produo de deslocamento e meios para a traduo destes em sinais eltricos. traduo destes em sinais eltricos.

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Sensores de pressoSensores de presso( p > uma atmosfera)( p > uma atmosfera)

DiafragmaUm elemento muito comum utilizado para a

converter presso em deslocamento fsico

O diafragma utilizado em muitos sistemas de medio de presso. O deslocamento proporcional a diferena de

presso.

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Diafragma Se a presso p1 existe num lado de diafragma e p2 no outro

lado, ento uma fora diferencial exercida

F = [ p2 - p1 ] A Eq.1.3 onde 9A = rea do diafragma em metros quadrados9 p1, p2 = presso em N/m2

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Sensores de pressoSensores de presso( p > uma atmosfera)( p > uma atmosfera) Diafragma

Um diafragma como uma mola que estende-se ou contrada atque atue a fora da lei de Hook e que balana a fora da diferena de presso.

Um BELLOWS outro sistema parecido ao do diafragma que converte a diferena de presso em deslocamento, exceto que aqui o deslocamento uma expanso muito mais linear

O BELLOWS transforma diferena de presso em deslocamento. Neste exemplo, o deslocamento medido por um LVDT.

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Tubo deTubo de BourdonBourdon Um mUm mtodo muito especial e comum para a converstodo muito especial e comum para a converso de o de

presspresso em deslocamento o em deslocamento acompanhado por um tubo acompanhado por um tubo especialmente construespecialmente construdodo

O tubo deO tubo de BourdonBourdon o mo mtodo mais comum na converstodo mais comum na converso da o da presspresso em deslocamento.o em deslocamento.

Se uma seSe uma seo do tubo o do tubo parcialmente aplanada e arrolhada parcialmente aplanada e arrolhada como como mostrado, entmostrado, ento a aplicao a aplicao de presso de presso dentro do tubo o dentro do tubo farfar com que o tubo se desenrole.com que o tubo se desenrole.

Isto entIsto ento proporciona um deslocamento que o proporciona um deslocamento que proporcional a proporcional a presspressoo

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Converso eletrnicaConverso eletrnicaA tcnica mais simples usar ligamentos

mecnicos conectados a um potencimetro.

A presso relacionada a uma variao de resistncia.

Outro mtodo de converso emprega strain gagesdiretamente sobre o diafragma.

LVDTs e outros dispositivos indutivos so usados para converter BELLOWS ou movimentos no tubo de Bourbon em sinais eletrnicos proporcionais.

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Sensores de presso em estado slidoSensores de presso em estado slidoCircuitos integrados manufaturados so

dispositivos que utilizam comumente um diafragma semicondutor sobre o qual um semicondutor strain gage e um compensador de temperatura foram montados.Condicionamentos apropriados do sinal so

includos na forma do circuito integrado, provindo uma tenso dc ou uma corrente linearmente proporcional a presso numa faixa especfica.Estes dispositivos esto a disposio para a

medio de presso absoluta, relativa, e diferencial.

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MediMedies de presses de presso para menos que 1 atm o para menos que 1 atm sso feitos por mo feitos por mtodos puramente todos puramente eletreletrnicos.nicos.

Existem trExistem trs ms mtodos comuns de meditodos comuns de medio de o de presspresso eletronicamente.o eletronicamente.Os primeiros dois mtodos so utilizados para

presso menores que 1 atm. at 10-3 atm.

Ambos so baseados sobre a relao na qual o calor conduzido e irradiado no sentido desde um filamento aquecido localizado no lugar de baixa presso.

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A perda do calor A perda do calor proporcional ao nproporcional ao nmero de mero de molmolculas de gculas de gs por unidade de volume, e s por unidade de volume, e entento, sob uma corrente de filamento o, sob uma corrente de filamento constante, a temperatura do filamento constante, a temperatura do filamento proporcional a pressproporcional a presso do go do gs.s.

NNs temos traduzido a medis temos traduzido a medio de presso de presso o para a medipara a medio de temperaturao de temperatura

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Pirani gaugePirani gaugeEste determina a temperatura do filamento

atravs da medio da resistncia do filamento.

A excitao do filamento e a medio da resistncia so ambos efetuados com um circuito ponte.

A resposta da resistncia versus a presso altamente no-linear.

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TermoparesTermoparesUm segundo transdutor de presso ou relativa

medio da temperatura do filamento, utilizando um termopar fixado diretamente no filamento aquecido.

Neste caso, a temperatura do ambiente serve como referncia para o termopar, e a tenso de sada, a qual proporcional a presso, altamente no-linear.

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IonizaIonizao relativao relativaEste meio utilizado para medir presses muito

baixas da ordem de 10-3 atm. at 10-13 atm.

Este transdutor utiliza eltrons, usualmente desde um filamento aquecido, para ionizar o gs cuja presso vai ser medida, e ento medimos a corrente que flui entre os dois eletrodos no meio ionizado

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IonizaIonizao relativao relativaO nmero de ons por unidade de volume depende

da presso do gs, e conseqentemente a corrente tambm depende da presso do gs.

Esta corrente ento monitorada como uma indicao aproximadamente linear da presso

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SENSORES DE FLUXOSENSORES DE FLUXO

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A medio e o controle do fluxo pode ser dita A medio e o controle do fluxo pode ser dita como sendo o centro dos processos como sendo o centro dos processos industrias.industrias.

Os processos de operao e fabricao Os processos de operao e fabricao envolvem movimentos de material bruto, envolvem movimentos de material bruto, produtos e desperdcios no processo.produtos e desperdcios no processo.

Todas estas funes podem ser consideradas Todas estas funes podem ser consideradas fluxos, j sendo que automveis atravs de fluxos, j sendo que automveis atravs de uma linha de conjunto ou uma linha de conjunto ou metilmetil--clordrico clordrico atravs de um cano. atravs de um cano.

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Os mOs mtodos de meditodos de medio do fluxo so do fluxo so to to o variados como os indvariados como os indstrias. strias.

NNo podemos tratar de todos os tipos de o podemos tratar de todos os tipos de sensor de fluxo, entsensor de fluxo, ento sero ser considerado sob considerado sob trtrs formas: ss formas: slido, llido, lquido e gasoso.quido e gasoso.

Como na pressComo na presso, vamos a encontrar que a o, vamos a encontrar que a informainformao do fluxo o do fluxo freqfreqentemente entemente transformada numa forma intermeditransformada numa forma intermediria que ria que entento medida utilizando to medida utilizando tcnicas jcnicas jdesenvolvidas para esta forma.desenvolvidas para esta forma.

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MediMedio de fluxo so de fluxo slidolidoA medio mais comum de fluxo slido acontece

quando o material na forma de pequenas partculas, tais como material pulverizado ou pastoso, carregado por um sistema de esteira transportadora ou por um outro material portador.

Por exemplo, se o material slido suspenso no lquido portador, a combinao uma espcie de lama, a qual ento conduzida atravs de canos como um lquido.

Consideraremos o sistema transportador e a sada da lama para ser tratado como um fluxo lquido.

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Conceitos do transportador de fluxo Conceitos do transportador de fluxo Para objetos slidos, o fluxo descrito por uma

especificao de massa ou peso por unidade de tempo que est sendo transportado pelo sistema do transportador.A unidade ser de varias formas, 9por exemplo, kg/min, lb./min.

Para fazer uma medio do fluxo, somente necessrio o peso da quantidade do material sobre uma longitude fixa do sistema transportador.Sabendo a velocidade do transportador permite o

clculo da razo do fluxo do material.

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Na figura Na figura mostrado um tmostrado um tpico sistema pico sistema transportador onde o material transportador onde o material tirado desde tirado desde um depum depsito e transportado por sistema de sito e transportado por sistema de transportador.transportador.

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Neste caso, a razNeste caso, a razo fluxo pode ser calculada o fluxo pode ser calculada assim:assim:

Eq.2.1

onde9Q = fluxo em kg/min9W = peso do material na seo de comprimento L9R = velocidade do transportador em m/min9L = comprimento da plataforma em metros

Q WRL

=

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SENSORES DE FLUXOSENSORES DE FLUXOSensor de fluxoSensor de fluxo No exemplo evidente que o sensor de fluxo colocado no

transportador, abrindo o depsito e pesando a plataforma.

o atual peso da plataforma que permite a medio desde a qual a relao de fluxo determinada.

Vemos que a medio do fluxo e convertida na medio do peso.

Neste caso, esta medio do peso medida por meio de celas de carga, sendo ento uma strain relativa medio.

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Exemplo 2.1.Exemplo 2.1.Um sistema de esteira de carvo vegetal se

movimenta a 100 p/min.

O comprimento da plataforma de 5.0 ps, e se tem 75 lb. de carvo na plataforma.

Encontre o carvo transportado em lb./h.SoluSoluo:o:Utilizando a equao

Q = WR / L = (75 lb)x(100 ps/min) / 5 ps = 1.500 lb/min

ou multiplicando por 60 min/h temos

Q = 90.000 lb/h.

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Fluxo lquidoFluxo lquidoA medio de fluxo lquido est envolvida

em muitas partes do processos industrias.

A condio sob a qual o fluxo acontece e os diferentes tipos de material de fluxo resulta numa grande variedade de mtodos de medio de fluxo.

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Unidades de fluxoUnidades de fluxoA unidade usada para descrever o fluxo medido

pode ser de vrios tipos, dependendo de como o processo especfico precisa da informao.

As descries mais comuns so as seguintes:91. Relao do volume do fluxo

Expresso como volume transportado por unidade de tempo.

So unidades tpicas gales/min, m3/hr, p3/hr.

92. Velocidade do fluxo Expresso como a distncia que o lquido percorre no

carregador por unidade de tempo.

Unidades tpicas so m/min, p/min.

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Unidades de fluxoUnidades de fluxoEstas esto relacionadas com a razo do volume do

fluxo por

9V=Q/A Eq.2.2 9onde

V = velocidade do fluxo

Q = razo do volume do fluxo

A = seo transversal da rea do transportador do fluxo

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Unidades de fluxoUnidades de fluxo93. Massa ou razo do peso do fluxo.

Expresso como massa ou peso fluindo por unidade de tempo. Tpicas unidades so kg/hr, lb./hr. Isto est relacionado com a razo do volume do fluxo por

F = .Q Eq.2.3 onde

F = massa ou razo do peso do fluxo

= densidade da massa ou peso Q = razo do volume do fluxo

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Exemplo 2.2.Exemplo 2.2.Bombeando gua atravs de um tubo de 4 cm (1.5

pol) de dimetro com o fluxo a uma velocidade de 0,77 metros ( 2.5 p) por segundo.Encontre a razo de volume do fluxo e a razo do

peso do fluxo.

A densidade do peso de 1000 kg/m3 (62.4 lb./p3).

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SoluSoluo:o:A velocidade do fluxo de 0,77 m/s (2.5 p/s) e

ento a razo de volume do fluxo pode ser achada pela equao Q = VA.

A rea dada como A = .d2/4

onde o dimetro

d = (1.5)x(1/12 p/pol.) = 0.125 ps.

Ento a rea

A=(3,14)x(3,81)2/4=0,004536 m3

A = (3.14)x(0.125)2/4 = 0.0122 p2.

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SENSORES DE FLUXOSENSORES DE FLUXOSoluSoluo:o:A velocidade do fluxo de 0,77 m/s (2.5 p/s) e

ento a razo de volume do fluxo:

Com isto Q = VAQ=(0,77 m/s)x(0,004536 m3)(60 s/min) = 0,209584 m3 /min

Q = (2.5 p/s)x(0.0122 p2)(60 s/min) = 1.8 p3/min

A razo do peso do fluxo obtemos de F = .Q

F=(1000 kg/m3 )x(0,209584 m3 /min)

F=209,58 kg/min

F = (62.4 lb./p3)x(1.8 p3/min)

F = 112 lb./min.

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Princpios do fluxo no canoPrincpios do fluxo no canoA taxa do fluxo dos lquidos nos canos so

determinados primeiramente pela presso com que forado o lquido atravs do cano.Na figura o fluxo atravs do cano P conduzido

pela presso no cano, mas esta presso causada pelo peso do lquido no tanque de altura h.Vrios outros fatores afetam a taxa do fluxo

produzido pela presso, incluindo a viscosidade do lquido, tamanho do cano, frico no cano, turbulncias, e outros.

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RestriRestries do sensor de fluxoes do sensor de fluxoUm dos mtodos mais comuns de medio do

fluxo de lquido em canos introduzindo uma restrio no cano e medindo o decrscimo da presso que resulta atravs da restrio.

Quando dita restrio feita no cano, a velocidade do fluido atravs da restrio cresce, e a presso na restrio decresce.

Percebemos que uma relao entre o decrscimo da presso e o valor do fluxo.

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SENSORES DE FLUXOSENSORES DE FLUXORestriRestries do sensor de fluxoes do sensor de fluxoPode-se encontrar uma equao da forma

Eq.2.4

onde9Q = volume da taxa do fluxo9k = constante para cano e o tipo de lquido9p = decrscimo da presso atravs da restrio.

Q k p=

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A constante k depende de vA constante k depende de vrios fatores, incluindo o rios fatores, incluindo o tipo de ltipo de lquido, tamanho do cano, a velocidade do quido, tamanho do cano, a velocidade do fluxo, temperatura, etc.fluxo, temperatura, etc.

O tipo de restriO tipo de restrio utilizada tambo utilizada tambm varia o valor da m varia o valor da constante usada na equaconstante usada na equao.o.

O valor do fluxo nO valor do fluxo no o linearmente dependente do linearmente dependente do decrdecrscimo da pressscimo da presso mais sim na raiz quadrada.o mais sim na raiz quadrada.

Se o decrSe o decrscimo de pressscimo de presso no cano o no cano incrementado incrementado de um fator igual a 2 quando a razde um fator igual a 2 quando a razo do fluxo o do fluxo aumenta, a razaumenta, a razo do fluxo sero do fluxo ser aumentada de aumentada de somente 1.44 ( a raiz quadrada de 2)somente 1.44 ( a raiz quadrada de 2)

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Exemplo 2.3.Exemplo 2.3.O fluxo deve ser controlado de 76 a 568 litros

/minuto (20 a 150 gal./min).O fluxo medido utilizando um sistema orifcio

planoO orifcio PLANO descrito pela equao 2.4 onde K=172,3 (litros/min)/kPa 1/2

K=119.5 (gal./min)/psi 1/2.Um medidor BELLOWS mede presso junto com

um LVDT sendo a sada de 0,261 V/kPa (1.8 V/psi). Encontre a razo das tenses que resultam da

razo do fluido dada

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Exemplo 2.3.Exemplo 2.3.Soluo9Da equao 2.4, encontramos a presso que

resulta do fluxo dado

9p = (Q/K)2Para 76 litros /minuto , p = (76/ 172,3)2 = 0.195 kPa.ou 20 gal./min, p = (20/119.5)2 = 0.2080 psi.

Para 568 litros /minuto , p = (568/ 172,3)2 = 10,867 kPa.ou 150 gal./min, p = (150/119.5)2 = 1.5756 psi.

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Exemplo 2.3.Exemplo 2.3.Soluo9Como se tem 0,261 V/kPa (1.8 V/psi), a razo da

tenso encontrada facilmente:

Para 76 litros /minuto, V = 0.195 kPa x (0,261 V/kPa )

= 0,0509 V

ou 20 gal./min, V = 0.2080x(1.8) = 0.0504 V

Para 568 litros /minuto, V = 10,867 kPa x(0,261 V/kPa )

= 2,8362 V

ou 150 gal./min, V = 1.5756x(1.8) = 2.836 V

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Sensores MagnticosSensores MagnticosUtiliza a fora exercida por um fluxo de fluido para

deslocar um pisto magntico, este transmite um sinal a um sensor situado na parte externa passagem do fluxo.

No existe palheta, haste ou pivot, como utilizado no sistema convencional dos fluxostatos, que possam emperrar ou romper-se com contra-fluxos, golpes de ariete ou turbulncias.

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SENSORES DE VAZOSENSORES DE VAZO

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Aplicao e Seleo Aplicao e Seleo Grande nmero de tcnicas utilizadas para

medio de vazo.

Cada tcnica tem suas vantagens e limitaesPresso diferencialPresso diferencial o mtodo mais utilizado para medio de vazo

em indstrias.

Uma restrio ao fluxo introduzida na tubulao.

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Presso diferencialPresso diferencial O decrscimo de presso produzido nesta restrio

proporcional vazo de acordo com a seguinte frmula:

Os medidores por presso diferencial tm aplicao em gases e lquidos, corrosivos ou viscosos.

Sem limitao de tamanho de tubulao e no h peas mveis.

Q K hd

=

Q Vazo K Constante

h Diferencial de presso

d Densidade do fluido

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Presso diferencialPresso diferencialTodos medidores de presso diferencial

apresentam uma relao quadrtica entre presso diferencial e vazo, o que impe uma severa limitao de faixa de medio (mximo 4:1).

necessrio o uso de transmissor e vlvulas na tubulao.

A densidade do fluido deve ser conhecida ou medida.

Os principais tipos de medidores de vazo por presso diferencial so descritos a seguir.

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Placa de orifcioPlaca de orifcio a forma simples e barata de

medio da presso diferencial.O custo do sistema

relativamente independente do dimetro da tubulao pois o transmissor de presso diferencial no tem seu custo alterado por este parmetro e a parte de custo mais significativo.

d D

1"

Identificao:nmero da linhaclasse de pressodIdentificao

Vent

Dreno

= dD

A instalao de orifcios em tubulao de pequeno dimetro cara, mas torna-se atraente em dimetros de tubulao a partir de 150mm.A disponibilidade em diversos materiais e formas

permite um grande nmero de aplicaes.

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Placa de orifcioPlaca de orifcio Uma vantagem que mesmo no caso

de o orifcio estar danificado ou mal construdo, a resposta bastante repetitiva, apesar de apresentar erro significativo.

As principais desvantagens so a significativa perda de presso, perda de preciso devido deformaes nas bordas ou deposio de material, necessidade de manuteno devido ao potencial de vazamento nas vlvulas acessrias, alm de limitao de preciso e range devido caracterstica quadrtica que torna a medio extremamente dependente da preciso do transmissor em baixa vazo.

d D

1"

Identificao:nmero da linhaclasse de pressodIdentificao

Vent

Dreno

= dD

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Tubo de Tubo de VenturiVenturiTubos especialmente projetados e construdos

com formato que permite baixa perda de presso.

So mais resistentes abraso que placas de orifcio e podem ser utilizados em fluidos sujos.

So consideravelmente maiores, mais pesados e mais caros que placas de orifcio. A instalao tambm mais difcil.

Tomada de alta presso

Tomada de baixa presso

Garganta

Cone de entrada Cone da sada

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SENSORES DE VAZOSENSORES DE VAZO Tubo deTubo de PitotPitot um pequeno tubo inserido

no interior da tubulao. A diferena de presso entre

o ponto de medio no tubo e a presso esttica na tubulao est relacionada com a vazo ao longo do tubo.

Sistema de baixo custo para tubulaes de grande dimetro, com perda de presso desprezvel.

Conexo de alta presso (impacto)

Conexo de baixa presso (esttica)

Abertura esttica

Abertura de impacto

Vazo

Suas principais limitaes so que a velocidade medida a do ponto de instalao, o que causa impreciso na medio volumtrica devido ao perfil de velocidade no interior da tubulao.

So tambm sujeitos a contaminao.

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Tomada de presso em cotoveloTomada de presso em cotoveloPermite a medio de vazo pela

medio de diferencial de presso ao longo de um cotovelo da tubulao.Este um mtodo econmico que

requer apenas um transmissor de presso independente do dimetro da tubulao.A perda de presso inexistente

quando se aproveita de curvatura natural da tubulao.Este sistema tem baixa preciso e

requer alta velocidade de vazo e longa seo reta antes e aps o cotovelo.

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SENSORES DE VAZOSENSORES DE VAZO Medidor eletromagntico de vazoMedidor eletromagntico de vazo Pela aplicao da lei de Faraday, estes medidores medem a

velocidade de um lquido eletricamente condutivo quando este atravessa um campo magntico produzido atravs da tubulao.

As principais vantagens so:9 a ausncia de peas mveis; 9 fluxo sem obstruo e conseqentemente sem perda de

presso; 9 compatibilidade qumica com praticamente todos lquidos; 9 indiferena com viscosidade, presso, temperatura e densidade;9 adequado vazo bidirecional.

A principal limitao a necessidade de o fluido ser eletricamente condutivo (o que exclui todos os gases).

O custo alto e requer um conversor e fonte de alimentao junto ao ponto de medio.

So utilizados em medio de vazo de lquidos corrosivos e aplicaes que requerem baixa perda de presso.

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Medidores de turbinaMedidores de turbina A velocidade de rotao de uma turbina movida pelo fluxo de

um fluido gera um sinal digital linearmente relacionado vazo.

Medidores de turbina so disponveis para lquidos e gases e aplicaes de baixa vazo.

Eixo

Rotor

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Medidores de turbinaMedidores de turbinaEste tipo de medidor o mais preciso disponvel

para medio em fluidos de baixa a mdia viscosidade.Oferecem boa capacidade de range (10:1) e so

adequados para extremos de presso e temperatura.So fceis de instalar e tem pequenas dimenses e

peso quando comparados ao dimetro da tubulao.O medidor tem alta velocidade de resposta e pode

ser construdo para aplicaes limpas.As principais limitaes so a incompatibilidade

com lquidos de alta viscosidade, a possibilidade de dano por excesso de velocidade.

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Vazo

Decrscimo de pressoAumento de velocidade

Diminuio de velocidadeAumento de presso

Medio de presso


Medidores deMedidores de VortexVortex Utilizam a oscilao do fluido para medio de vazo sem

partes mveis, adequados a gases ou lquidos. Tm alto range, baixa manuteno, sada em freqncia ou

sinal linear, boa preciso e repetibilidade. So inadequados em aplicao em lquidos sujos ou

viscosos.

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Medidores de rea varivel Medidores de rea varivel --RotmetroRotmetro Utilizam um tubo de vidro vertical com

um flutuador.

A posio de equilbrio do flutuador proporcional vazo.

As principais caractersticas so o baixo custo, leitura direta, capacidade para medio de baixa vazo, ausncia de fonte de alimentao e aplicabilidade em gases ou lquidos, mesmo de alta viscosidade.

O trabalho de instalao em tubulao mnimo, mas o medidor deve ser instalado na vertical.

Entrada

Sada

FlutuadorBatentes

Tubo cnico de vidro

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Medidores de rea varivel Medidores de rea varivel RotmetroRotmetroAs limitaes so o tamanho, capacidade de

presso, alta perda de presso e preciso limitada.

No disponvel transmisso do sinal.Outras concepes usam tubo metlico com

sensores eltricos com maior capacidade de vazo e presso alm da possibilidade de transmisso de sinal.

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Medidores de deslocamento positivoMedidores de deslocamento positivoMedidores de deslocamento positivo Medidores de deslocamento positivo

confinam um volume conhecido do fluido e o confinam um volume conhecido do fluido e o transfere da entrada para a satransfere da entrada para a sada do medidor.da do medidor.

O nO nmero de transfermero de transferncias que devem ser ncias que devem ser feitas para manter a vazfeitas para manter a vazo o proporcional a proporcional a esta.esta.

RotorCompartimento da pP

Invlucro

Entrada Sada

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Medidores de deslocamento positivoMedidores de deslocamento positivoMedidores de deslocamento positivo para lquidos

oferecem boa preciso e faixa de vazo e so particularmente adequados para aplicao em lquidos de alta viscosidade.Os medidores oferecem indicao local e podem

ter um transmissor para o sinal de vazo.Este tipo de medidor se baseia em compartimentos

que se baseia em encaixes precisos entre superfcies, o que inviabiliza seu uso em fluidos sujos.Requerem manuteno regularmente quando

aplicados em fluidos no lubrificantes.

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SENSORES DE VAZOSENSORES DE VAZOMedidores ultraMedidores ultra--snicossnicosSo construdos em duas tcnicas: Doppler e

tempo de trnsito.Nos medidores Doppler, um pulso ultra-snico

introduzido na tubulao em ngulo agudo e retorna refletido em impurezas ou ar misturados ao lquido fluente.Pode ser colocado externamente em tubulaes

existentes. um medidor pontual de velocidade e como tal

no de boa preciso em medio de vazo.No adequado em medio de fluidos limpos ou

gases.O custo do medidor baixo e independente do

dimetro da tubulao.

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Medidores ultraMedidores ultra--snicossnicos Os medidores por tempo de trnsito com feixe simples ou

mltiplo projetam em ngulo agudo atravs da tubulao uma onda ultra-snica, primeiro na mesma direo da vazo e depois em oposio esta.

A diferena no tempo de trnsito proporcional vazo. Este tipo de medidor ultra-snico consideravelmente mais caro mas oferece maior preciso.

Ao contrrio do medidor Doppler, requer um fluido relativamente limpo.

No h obstruo vazo e conseqentemente perda de presso.

especialmente adequado na medio de vazo de lquidos muito corrosivos.

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Medidores trmicosMedidores trmicos Medem a vazo pelo aumento de temperatura do fluido aps

este receber uma quantidade conhecida de calor. Permite a medio de vazo mssica, o que muito til em

gases. Pode ser no intrusivo na tubulao, eliminando problemas

de corroso e perda de presso. A preciso ao redor de 2% do fundo de escala, podendo

ser utilizado em medio em lquidos ou gases.

Sensor de temperatura

Sensor de temperatura

Fonte de calor

Vazo

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Medio em canal abertoMedio em canal abertoTcnica de medio baseada na medio do nvel

de lquido que flui por um canal de geometria conhecida.

Mtodo utilizado extensamente em irrigao e tratamento de efluentes industriais e esgotos.

A relao entre vazo e nvel de lquido depende da geometria do canal.

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Q=2,48.tg( /2).H 2,5

H

H e L em ps; Q em ps /s3

LH

Q=3,3.(L-0,2H).H1,5

HL

Q=3,367.L.H1,5

Barragem em V Barragem retangular Barragem de Cipolletti

Seo convergente DivergenteGarganta

VazoFundo

Superfcie da gua

Operao normal

Calha Parshall

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SENSORES DE NVELSENSORES DE NVEL

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Consideraes IniciaisConsideraes IniciaisMedio e controle de nvel de material contido em

reservatrios um dos procedimentos mais comuns em instrumentao industrial.

H uma grande variedade de lquidos e slidos que requerem medio de nvel.

O ambiente de operao dos sensores de nvel varia de vcuo a alta presso, temperaturas de sub-zero a alta temperatura.

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ClassificaClassificao sistemas de medio sistemas de medio de no de nvelvel A aplicao da medio define se esta deve ser feita em um

nico ponto fixo, uma srie de pontos fixos ou em uma faixa contnua entre os nveis mnimo e mximo.

A informao de nvel pode ser utilizada para controle de estoque, contnuo ou peridico; controle do nvel, para garantir a continuidade de fornecimento do material para as etapas posteriores do processo.

A necessidade de informao e/ou controle de nvel pode se aplicar tambm a dois ou mais fluidos imiscveis, onde a localizao da interface entre eles tem papel importante no processo.

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CaracterCaractersticas do processosticas do processoFatores como a composio, viscosidade

(lquidos), capacidade de escoamento (slido) e o ambiente do processo (temperatura, presso, agitao, entre outros) influenciam significativamente a seleo do mtodo de medio e a localizao dos dispositivos sensores.

Freqentemente estes fatores so os primeiros a serem considerados na seleo da tcnica a ser empregada.

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MMtodos diretos ou por infertodos diretos ou por inferncianciaMMtodos diretostodos diretos envolvem a medio direta da

distncia (usualmente altura) entre a superfcie da substncia e um ponto de referncia. Mtodos diretos incluem 9 (1) Observao visual da distncia em uma escala

graduada; 9 (2) deteco da posio de um objeto localizado sobre a

superfcie do material; 9 (3) contato de eletrodos com o material; 9 (4) interrupo de um feixe de luz; 9 (5) reflexo de uma onda eletromagntica na superfcie do

material.

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MMtodos diretos ou por infertodos diretos ou por infernciancia MMtodos por infertodos por infernciancia utilizam outros efeitos que no a

mudana de posio da superfcie do material para determinar o nvel.

Estes mtodos incluem 9 (1) medio da presso causada pela coluna de material

(lquidos);

9 (2) medio do empuxo criado quando um elemento detector parcialmente ou completamente submerso (lquidos);

9 (3) atenuao de radiao; 9 (4) utilizao de propriedades eltricas do material, como

capacitncia e resistividade;

9 (5) utilizao da diferena trmica (ou outra diferena fsica) entre o material e o espao de gs ou vapor acima dele.

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ImportImportncia da medincia da medio de no de nvel na operavel na operao de o de processosprocessos Em muito processos envolvendo lquidos contidos em

reservatrios, como colunas de destilao, evaporadores, cristalizadores e tanques de mistura, o nvel de lquido em cada reservatrio de grande importncia na operao do processo.

Um nvel muito elevado pode alterar equilbrio de uma reao, causar dano equipamentos ou resultar em vazamento de material de alto custo.

Um nvel muito baixo pode tambm ter conseqncias negativas no processo.

Combinada com estas consideraes bsicas h ainda a vantagem de se poder reduzir o tamanho de reservatrios em processos contnuos.

O conhecimento pelo operador destes dados permite o conhecimento da quantidade de matria prima disponvel para processamento e a capacidade de estoque para os produtos em manufatura.

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MediMedio em reservato em reservatrios nrios no pressurizadoso pressurizados Deteco de nvel de lquido em reservatrios presso

atmosfrica geralmente no apresenta maiores dificuldades. Os instrumentos geralmente podem ser escolhidos e

instalados de forma que possam ser removidos sem a necessidade de esvaziar o reservatrio.

Diversos tipos de dispositivos para montagem no topo do vaso eliminam a possibilidade de vazamento no instrumento.

A deteco de nvel de slidos tem menos alternativas e menor flexibilidade de instalao.

Dispositivos destinados a deteco em um ponto devem ser montados no ponto de atuao, o que pode implicar em dificuldades de acesso.

Exceto para os tipos por radiao, a necessidade de mudana no ponto de atuao requer a instalao em outro ponto do vaso.

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MediMedio em reservato em reservatrios nrios no pressurizadoso pressurizadosSlidos que se comportam de forma imprevisvel

podem causar problemas de medio se o ponto de instalao do detector no for bem escolhido.

A medio contnua de nvel de slidos pode ser obtida, sendo o mtodo de deteco de superfcie o mais utilizado, apesar de apresentar o mesmo problema de erro causado pela distribuio do slido.

Para fins de controle de estoque ou compra de material, mais seguro a medio por pesagem por clulas de carga.

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MediMedio em reservato em reservatrios pressurizadosrios pressurizados A medio de um ponto de nvel de lquido em vaso

pressurizado pode ser feita por diversos mtodos. Para lquidos limpos h preferncia no uso de chave de deslocamento montada externamente.

Em alguns casos chaves de nvel capacitivas ou flutuantes podem ser utilizadas.

A medio contnua emprega sensores por deslocamento, clulas de presso diferencial, ponteiras capacitivas, detectores ultra-snicos.

Em aplicaes de medio em lquidos difceis, detector de radiao ou clula de presso diferencial podem ser empregados.

A medio em slidos apresenta a maior dificuldade. Dentro de suas limitaes de presso e temperatura, os

mesmos sensores utilizados em vasos no pressurizados podem ser utilizados.

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