instrumentação -...

Instrumentação

Material desenvolvido com base na aula do professor Guilherme P. Colnago

Aula

Medição Vazão

Prof. Sergio Luis Brockveld Junior

Assuntos

Conceitos

Medição de Vazão

Experiências

Aplicações

Aplicações

Assunto

Aplicações

Ventilação Engarrafamento

Medição de consumo

Aplicações

Vazão em hidroelétricas

Aplicações

Aerodinâmica: medição da vazão para calcular a velocidade.

Aplicações

Aplicações

Medição e controle de vazão para fabricação de produtos

Aplicações

Minerioduto Aqueduto

Oleoduto Gasoduto

Conceitos

Assunto

ConceitosVazãoVolume de fluido que passa por uma determinada seção de umatubulação (ou local), por unidade de tempo. Corresponde à taxa deescoamento de algum material transportado por unidade de tempo.

Unidade (SI): m3/s.Outras: LPM (L/min), m3/hora, GPM (galões/min), etc.

Q = V / Δt = v . AQ = vazão (m3/s);V = volume escoado (m3);Δt = tempo (s).

ConceitosVazão


Exemplo 01:Um condutor de 20 cm2 de área de secção reta despeja gasolina num reservatório. Avelocidade de saída da água é de 60 cm/s. Qual a vazão do fluido escoado?

ConceitosVazão


Exemplo 02:Uma bomba transfere óleo diesel em um reservatório à razão de 20 m3/h. Qual é ovolume do reservatório, sabendo-se que ele está completamente cheio após 3 horasde funcionamento de bomba?

ConceitosVazão

No caso de gases e vapores, a vazão instantânea pode ser expressaem kg/h ou m3/h.

Vazão também pode ser usada para indicar fluxo de sólidos.Ex.: pelotas de ferro, grão, areia, etc.

Nesses casos é mais comum usar unidades relacionadas ao fluxo demassa por tempo.Ex.: kg/s, kg/min, ton/h, lb/s, etc.

Medição de Vazão

Assunto

Medição de VazãoTipo de Medidores de Vazão

Existem dois tipos de medição: medidores de quantidade emedidores volumétricos.

1. MEDIDORES DE QUANTIDADEIndica a quantidade de material que passou de um instante inicialaté o presente (quantidade absoluta).Uso: bombas de gasolina, hidrômetros, balanças industriais e etc.

1.a) Quantidade por pesagem: utilizados para medição de sólidos.Ex.: balanças.

1.b) Quantidade volumétrica: volume total de material transferida noperíodo.Ex.: disco nutante, pistão rotativo oscilante, pistão alternativo, pás,engrenagem e etc.

Medição de VazãoTipo de Medidores de Vazão

2. MEDIDORES VOLUMÉTRICOSIndica a vazão por unidade de tempo (vazão instantânea).

Medição por Pressão Diferencial: elementos primários são colocadosna tubulação.

FuncionamentoAumentam a velocidade do fluído através da redução da seçãoonde ele passa isso provoca uma queda de pressão.Através da medição da variação de pressão antes (alta) e depois(baixa), calcula-se a vazão.

Problema: perda de carga (redução da intensidade do fluxo).Ex.: placa de orifício provoca a maior perda de carga de 40% a 80%da pressão original.

Medição de VazãoAlgumas técnicas de medição

1 – por Área variável

2 – por Pressão diferencial

3 – por Arrasto

4 – por Deslocamento positivo

5 – por Turbina

6 – por Variação Térmica

7 – por Ultrassom

9 – Eletromagnética

10 – por Geração de vórtices

11 – por Força de Coriolis

Medição de VazãoÁrea variável

Rotâmetro

Em geral, constituído por um tubo

transparente com escala onde um

flutuador (ou bóia) move-se

livremente dentro deste tubo. O

equilíbrio é atingido quando a

diferença de pressão e impulsão

do fluido compensam a força

gravitacional.


Rotâmetro

Vantagens

•Um medidor de vazão de área variável não requer qualquer

alimentação externa, uma vez que utiliza as propriedades do fluido,

em conjunto com a gravidade, para medir o caudal.

•Um medidor de vazão de área variável é um dispositivo de

construção simples, que pode ser fabricado em grandes

quantidades a partir de materiais de baixo custo.


Rotâmetro

Desvantagens

•Por depender da força da gravidade, um medidor de vazão de

área variável deve sempre estar orientado verticalmente.

•Por depender das propriedades do fluido, a escala tem precisão

limitada.

•Demandam o uso de vidro ou outro material transparente para que

se possível ver a posição do corpo flutuante, o que pode limitar sua

utilização.

•Em geral, não são facilmente adaptáveis para leituras automáticas.


Rotâmetro

Vídeo Rotâmetro

Medição de VazãoPressão diferencial

Medidor genérico


Placa de orifício

Os medidores de vazão de placa deorifício são mais comuns. Consistem deuma placa plana de metal com um furode tamanho conhecido. A placa provocauma redução da seção do fluxo e émontada entre dois anéis que contêmfuros para tomada de pressão em cadalado.


Placa de orifício

Os medidores de vazão de placa de

orifício são mais comuns. Consistem de

uma placa plana de metal com um furo

de tamanho conhecido.v 2=Co √

2(P1 P2 )

ρ(1 A22

A12)

Q2 = v2 . A2

Onde Co é dado pelo seguinte gráfico :


Placa de orifício

Para Re = 1000 e razão diâmetro do orifício e diâmetro do tubo de 0,6, Co = 0,77.


Placa de orifício

Vídeo Placa de Orifício


Tubo de Venturi

Os fluidos sob pressão, na passagem

através de tubos convergentes;

ganham velocidade e perdem

pressão.


Tubo de Venturi

Vídeo Venturi


Tubo de Pitot


Tubo de Pitot

O Tubo de Pitot mede a velocidade.

Consiste em dois tubos concêntricos, A e B, alinhados com a tubulação.

O interno é aberto na ponta e o externo conta com vários orifícios pequenos ao lado, .

A leitura H depende da velocidade do

fluido na tubulação acima do tubo A.


Tubo de Pitot

v1= CP √ 2 g (ρm ρ )Δhρ √ 2g ( ρm ρ) Δh

ρ

ghPP m 32

31 PP


Tubo de Pitot

Vídeo Tubo de Pitot

Medição de VazãoArrasto

Target (alvo)

Medição de VazãoDeslocamento positivo

Rodas (engrenagens) ovais

A velocidade rotativa do rotor é diretamente proporcional à taxa de

vazão, uma vez que o vazão de fluido é a causa da rotação.

• Exatidão

• Confiabilidade

• Baixa Manutenção

Medição de VazãoDeslocamento positivo

Disco nutante

O fluido preenche a câmara de medição fazendo o disco girar.

Medição de VazãoTurbina

Medição de VazãoVariação Térmica

Filamento quente

Medição de VazãoVariação Térmica

Filamento quente

Vídeo Térmico

Medição de VazãoUltrassom

Por tempo de “trânsito” (ida e volta)

Por efeito Doppler

Medição de VazãoUltrassom

Vídeo Ultrassom

Medição de VazãoEletromagnética

Baseado na Lei de Faraday.

Um fluido condutor que se

move dentro de um campo

magnético produz um tensão

induzida – proporcional à

intensidade do campo,

comprimento e velocidade

do condutor.

Medição de VazãoEletromagnética

Vídeo Eletromagnética

Medição de VazãoGeração de vórtices

Um fluido ao ultrapassar um obstáculo à uma velocida-de mínima, forma vórtices.

Devido ao formato especial do obstáculo, a frequência dos vórtices é proporcionalà velocidade de escoamen-to e independente da pressão, temperatura, densidade e viscosidade.

Medição de VazãoGeração de vórtices

Vídeo Vórtices

Medição de VazãoForça de CoriolisBaseado no efeito Coriolis para medir a quantidade de massa que se move dentro da tubulação.O fluido se desloca pelo tubo em U, que vibra na direção perpendicular ao fluxo. O fluido em movimento interage com a vibração devido a força de Coriolis, causando a torção do tubo. Quanto maior a deformação, maior o fluxo.

Medição de VazãoForça de Coriolis

Vídeo Coriolis

Medição de VazãoCanais Abertos

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

Vertedor: O vertedor mede a altura estática do fluxo em um reservatório que verte o fluido de uma abertura de forma variável.

Medição de VazãoCanais Abertos

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

Calha de Parshall: É um medidor mais vantajoso que o vertedor, porque apresenta menor perda de carga e serve para medir fluidos com sólidos em suspensão.

instrumentação -...

Documents