medidor tipo turbina de vazÃo mÁssica do ar por … · cristian alex hoerlle eduardo guilherme...
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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL
ESCOLA DE ENGENHARIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA
ENERGIA E FENÔMENOS DE TRANSPORTE
MEDIDOR TIPO TURBINA DE VAZÃO MÁSSICA DO AR
por
Adriel Liamar Justen
Cristian Alex Hoerlle
Eduardo Guilherme Mötke Wrubleski
Trabalho Final da Disciplina de Medições Térmicas
Professor Paulo Smith Schneider
Porto Alegre, julho de 2011
2
RESUMO
Esse trabalho consiste na apresentação de uma metodologia a ser empregada na realização
de medições de vazão mássica. O fluido medido nesse experimento é o ar a uma velocidade
média de 5 m/s com sua temperatura partindo da ambiente podendo atingir valores na ordem de
75ºC. Este aumento de temperatura provoca uma variação na velocidade e na vazão volumétrica,
sendo que a vazão mássica é mantida constante durante o experimento. Para a medição da vazão
volumétrica é utilizado um cooler de computador como turbina, o qual gera uma tensão
proporcional a vazão em questão. Como a densidade do ar sofre variações com a temperatura, a
vazão volumétrica precisa se adequar para que a vazão mássica permaneça constante. Para que o
valor da vazão mássica possa ser descoberta, se utiliza uma compensação baseada na
temperatura, que foi medida através de um termopar tipo K. Com posse dos dados de tensão
fornecidos pelo cooler, é gerada uma curva de calibração relacionando a tensão e a velocidade
média da vazão de ar, e assim pode-se calcular os valores de vazão volumétrica e mássica com o
auxilio de uma rotina computacional, além das suas incertezas de medições associadas.
PALAVRAS-CHAVE: medição, vazão mássica, vazão volumétrica, temperatura, turbina.
3
ABSTRACT
This paper presents a methodology to be used in performing mass flow measurements.
Air is the fluid measured in this experiment at an average speed of 5 m/s with the temperature
starting from the environment temperature and can reach values around 75 ºC. This increase in
temperature causes a variation in speed and volumetric flow, and the mass flow keeps constant
during the experiment. For measure the volumetric flow is used a cooler computer fan, which
generates a voltage proportional to the flow in question. As the air density change with
temperature, flow rate needs to adapt to the mass flow rate remains constant. In order to obtain
the mass flow rate, is used a temperature-based compensation, which was measured using a
thermocouple type K. With ownership of the data voltage supplied by the cooler, a calibration
curve is generated relating voltage and average speed of air flow, and thus can calculate the
values of volumetric and mass with the aid of a computational routine, in addition to their
associated measurement uncertainties.
KEYWORDS: measurement, mass flow, volumetric flow, temperature, fan.
4
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 : Esquema de montagem do medidor utilizado .............................................................. 10 Figura 2 : Curva de ajuste tensão (X) por velocidade (Y) ............................................................ 12 Figura 3 : Planilha em Microsoft Excel para realização dos cálculos .......................................... 13 Figura 4 : Esquema do sensor feito em CAD sem a fiação do ventilador e termopar .................. 15 Figura 5 : Demosntração da fixação das braçadeiras e das cantoneiras ....................................... 16 Figura 6 : Fixação do cone ............................................................................................................ 16 Figura 7 : Detalhe da vedação ....................................................................................................... 17
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 : Pontos de calibração do cooler .................................................................................... 11 Tabela 2 : Constates e erros da calibração do cooler .................................................................... 11 Tabela 3 : Tabela de comparação da bancada com instrumento de medição construído para
variação te vazão ........................................................................................................................... 17 Tabela 4 : Dados do medidor corrigido para variação na temperatura ......................................... 18
5
SUMÁRIO
ABSTRACT .................................................................................................................................... 3
LISTA DE FIGURAS ..................................................................................................................... 4
LISTA DE TABELAS .................................................................................................................... 4
1. INTRODUÇÃO ......................................................................................................................... 7
2. FUNDAMENTAÇÃO ............................................................................................................... 7
2.1. VAZÃO MÁSSICA ............................................................................................................ 7
2.2. VAZÃO VOLUMÉTRICA ................................................................................................. 8
2.3. PRESSÃO ............................................................................................................................ 9
2.3.1. Medição de Pressão em Escoamentos ........................................................................... 9
3. METODOLOGIA .................................................................................................................... 10
4. TÉCNICAS EXPERIMENTAIS ............................................................................................. 14
4.1. DETALHAMENTO DO PROJETO ................................................................................. 15
4.2. CONSTRUÇÃO ................................................................................................................ 15
5. VALIDAÇÃO E RESULTADOS ........................................................................................... 17
6. CONCLUSÕES ....................................................................................................................... 19
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.......................................................................................... 20
6
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS e LISTA DE SÍMBOLOS
U: Tensão [V]
V: Volume [m³]
: Vazão volumétrica [m³/s]
m: Massa [kg]
: Vazão mássica [kg/s] ou [g/s]
P: Pressão [Pa]
ρ: Massa específica [kg/m³]
R: Constante do ar [kJ/(kg*K)]
: Constante universal dos gases [kJ/(kg*K)]
M: Massa molar [kg/kmol]
n: Número de mols [mol]
T: Temperatura [K] ou [ºC]
A: Área [m²]
F: Força [N]
7
1. INTRODUÇÃO
A medição de vazão mássica é uma das medições mais importantes quando se trabalha
com fontes energéticas, ou fluidos em geral. Como na compra de combustíveis onde se quer
comprar uma determinada quantidade de energia, ou em plantas voltadas a atividades químicas,
onde se necessita corretas quantidades de produtos de forma que as reações ocorram de forma
esperada. Sabe-se que a energia de um combustível é proporcional a sua massa e não ao seu
volume. Além da densidade, volume que se alteram de acordo com as condições de pressão e
temperatura, é possível também um aumento na velocidade dos fluidos nas tubulações, e
consequentemente a quantidade de massa envolvida.
Existem poucos medidores de vazão mássica no mercado e normalmente são dispositivos
de valores bem mais elevados do que medições de vazão volumétrica. Então depois de
apresentados os conceitos de medições na disciplina de Medições Térmicas foi proposto aos
estudantes um trabalho de construção de um destes medidores.
Este trabalho foi desenvolvido com o objetivo de apresentar os resultados obtidos na
construção de um medidor de vazão mássica de uma corrente de ar gerada em uma bancada
especialmente construída para essa finalidade na disciplina de Medições Térmicas. A vazão
mássica a ser medida é 1,6 kg/min que corresponde a aproximadamente 5 m/s a temperatura
ambiente. O objetivo principal é a manutenção da vazão mássica obtida para uma variação da
temperatura do ar de ambiente até um valor de aproximadamente 75°C.
Essa variação de temperatura gera uma expansão volumétrica do ar que fica com uma
densidade menor e consequentemente aumenta sua vazão volumétrica e a velocidade na
tubulação. Além da construção e calibração do mesmo serão calculados alguns parâmetros do
medidor como a incerteza de medição ao longo da faixa de medição e a perda de carga que o
mesmo impõe ao escoamento quando submetido a um mesmo comprimento de tubulação sem o
medidor de vazão mássica.
2. FUNDAMENTAÇÃO
2.1. VAZÃO MÁSSICA
Em escoamentos de fluidos em tubulação, muitas vezes há o interesse de se saber a
quantidade desse fluido que atravessa determinada região transversal de um duto em uma
determinada unidade de tempo, sendo chamada de vazão mássica (g/s) e definido por:
(1)
onde, Q respresenta a vazão volumétrica em m³/s, e ρ a densidade em kg/m³.
No entanto, essa vazão não varia somente conforme a velocidade do fluido, já que a
densidade do mesmo depende muito da pressão e da temperatura a que está submetido. Dessa
forma, é necessária a correção da densidade conforme as propriedades termodinâmicas forem
alteradas a partir da equação dos gases perfeitos:
(2)
8
A relação entre a massa do fluido, m (kg), e sua massa molar, M (kg/kmol); bem como a
relação entre a constante universal dos gases, (kJ/kmol.K), e a massa molar, são dadas por:
e ⁄ (3)
Tendo o conhecimento dessa relação, a equação dos gases perfeitos pode ser reescrita de
forma a obter-se uma expressão para a densidade (kg/m³) na forma:
(4)
E assim sendo, a equação da vazão mássica pode ser expressa conforme a Equação (5)
abaixo, onde as propriedades termodinâmicas podem ser obtidas experimentalmente.
(5)
2.2. VAZÃO VOLUMÉTRICA
Fluidos escoando em algum tubo com área de sessão transversal A (m²) com uma
velocidade v (m/s), tem sua vazão volumétrica (m³/s) definida como sendo (FOX e
MCDONALD, 1995):
= v A (6)
Considerando um volume de controle (VC) pré-estabelecido para o sistema em avaliação,
é possível melhor essa equação levando em consideração alguns parâmetros, como a
conservação de massa. A massa que entra nesse VC deve ser igual à massa que sai dele, o que
nos leva a equação da continuidade:
∫
∫
(7)
Na equação acima, a primeira parcela da soma representa a taxa de variação de massa
dentro do VC e a segunda parcela representa a taxa líquida de fluxo de massa através da
superfície de controle. Pela definição da constância de massa tem-se a soma resulta em zero.
Há situações específicas onde a Equação (7) pode ser simplificada. Uma dessas situações
seria escoamento de um fluido incompressível onde (kg/m³) permanece constante; dessa forma,
primeiro termo pode ser reduzido à zero, já que a integral de dV sobre o volume de controle
representa exatamente todos o seu volume, assim, para um VC constante, a simplificação da
Equação (7) resulta em:
∫
(8)
9
Para um escoamento incompressível, a vazão que entra em um VC deve ser igual à vazão
que sai do mesmo. Sendo a área transversal A (m²) do tubo a superfície de controle, a Equação
(8) se torna a expressão para vazão volumétrica (m³/s), como mostrado a seguir:
∫
(9)
2.3. PRESSÃO
Para fluidos em repouso, a pressão P (Pa), é definida como sendo a força F (N) exercida
pelo mesmo perpendicularmente a uma área A (m²), expressa como:
(10)
Pelo fato de que a pressão é uma propriedade local do fluido, ela tem uma grande
dependência da posição e não depende da direção considerando uma situação estática
(SCHNEIDER, 2007). A pressão em um fluido estático uniforme varia apenas com a distância
vertical, não importando a forma do recipiente, ou seja, a pressão é a mesma em todos os pontos
em um plano horizontal no fluido, variando apenas com a profundidade do mesmo (WHITE,
2002).
2.3.1. Medição de Pressão em Escoamentos
Escoamentos de fluidos, em geral, com certa velocidade, estão sujeitos a três pressões
atuantes, conforme explica (SCHNEIDER, 2007), as quais são: a pressão de estagnação ou total,
a pressão dinâmica ou cinética e a pressão estática ou termodinâmica.
2.3.1.1. Pressão estática ou termodinâmica
A pressão estática é aquela que atua nas paredes da estrutura pelo qual o fluido escoa.
Seus valores são obtidos através de um instrumento de medição conectado perpendicularmente a
um pequeno orifício feito na parede do duto. Como o formato desse orifício interfere nos valores
medidos, o processo de furação deve ser muito cuidadoso, a fim de evitar rebarbas ou qualquer
irregularidade que possa perturbar a medição.
Conhecer a pressão termodinâmica é de extrema importância para se obter a velocidade e
direção de um escoamento, e principalmente para identificar o estado termodinâmico do fluido
em análise.
2.3.1.2. Pressão total ou de estagnação
A pressão de estagnação é medida quando o fluido desacelera até a velocidade zero por
meio de um processo sem atrito (FOX et al, 2006). Assim, em um escoamento incompressível,
com mesma elevação em todo o trabjeto, e sabendo que a velocidade na estagnação é zero, temos
a equação de Bernoulli reduzida a:
(11)
10
onde o termo antes da igualdade é a é a pressão de estagnação P0, e o primeiro termo após a
igualdade a pressão estática P. O termo
é a pressão dinâmica e v (m/s) a velocidade local do
escoamento.
2.3.1.3. Pressão dinâmica ou cinética
A diferença entre a pressão de estagnação (Pa) e a pressão estática P (Pa) resulta na
pressão dinâmica, equacionada por:
(12)
3. METODOLOGIA
A seguir será apresentado o equacionamento utilizado no medidor de vazão mássica tipo
turbina. Nesse tipo de medidor, a rotação da hélice está associada ao fluido que passa, mesmo em
regime transiente. Abaixo pode-se verificar uma imagem esquemática do dispositivo proposto
composto por uma turbina e um termopar.
Figura 1 : Esquema de montagem do medidor utilizado
Esse equacionamento visa estabelecer uma relação entre a vazão mássica do fluido com
suas propriedades termodinâmicas e a velocidade do escoamento considerado adiabático. Já que
tal vazão, como já mencionada, relaciona a densidade do fluido no instante da medição com a
sua velocidade e a área da secção transversal por onde passa.
A velocidade do escoamento é obtida por calibração. Utilizando-se um cooler como uma
turbina geradora, é produzida uma tensão associada à movimentação de sua hélice devido ao
arrasto causado pelo escoamento do fluido. Essa tensão foi então medida através de um
multiteste e comparada com a velocidade média registrada pela bancada de calibração, para que
a curva de calibração fosse gerada com a utilização do software de ajuste de curvas
CurveExpress 1.4.
Turbina
Termopar
11
No entanto, devido à alta turbulência do escoamento, a velocidade instantânea do fluido
não permanece constante. Essas pequenas flutuações da velocidade acabam gerando
consequentemente uma tensão também flutuante, o que significa um pequeno obstáculo para a
obtenção da curva de calibração, e assim, maiores incertezas da medição. Então, para a correção
desse problema, o multiteste foi conectado via USB a um computador, e utilizando o software
fornecido pelo próprio multiteste, foi obtida tensão referente a velocidade de 30 amostras, e
então calculada a tensão média para cada ponto de calibração. O procedimento foi realizado em
paralelo com as medições registradas da própria bancada de calibração.
Os dados utilizados para o ajuste de curva foram:
Tabela 1 : Pontos de calibração do cooler
Tensão no cooler (V) Velocidade (m/s)
1,22167 3,97
1,28974 4,50
1,35826 5,02
1,44456 5,53
1,54822 5,99
1,87443 6,55
2,21503 6,99
2,65928 7,48
3,18516 7,99
3,55832 8,43
Os melhores resultados foram obtidos para uma eqação polinomial de ordem cinco,
abaixo é apresentada a equação, seus coeficientes e incerteza de ajuste obtidos pelo
CurveExpress 1.4:
(13)
Tabela 2 : Constates e erros da calibração do cooler
a -66,41787 d 46,495601
b 146,10705 e -9,108584
c -116,9467 f 0,703172
Sajcurva 0,0439822 r 0,999777
A curva de ajuste foi obtida e pode ser visualizada abaixo:
12
Figura 2 : Curva de ajuste tensão (X) por velocidade (Y)
Já a temperatura é medida por meio de um termopar tipo K. Esse sensor está instalado no
interior do escoamento e assim sofre o efeito da convecção forçada, de forma que sua medição
não seja exatamente a temperatura do fluido. A correção dessa diferença pode ser feita a partir de
equações de transferência de calor (INCROPERA, 2007), mas devido à dificuldade da obtenção
da temperatura na superfície interna da tubulação (a qual deve ser estimada por processos
iterativos, e está associada ao efeito de troca de calor radiante), tal efeito foi desconsiderado. Isso
tudo, juntamente com a pequena diferença de temperatura observada entre o termopar e aquela
medida pela bancada de calibração, reforçaram a simplificação adotada de utilizar a própria
temperatura medida pelo termopar e registrada pelo multiteste. Além do fato da incerteza de
medição associada ao termopar já ser por si só ±2,2°C para a faixa de temperatura de operação.
Foi então criada uma tabela em Microsoft Excell que a partir dos dados de entrada de
temperatura, pressão, e velocidade do escoamento obtidos do multimetro, termopar e manometro
em U são calculados todos os parâmetros e apresentada a vazão mássica do escoamento. Abaixo
é apresentada uma figura com a tabela e seu funcionamento.
13
Figura 3 : Planilha em Microsoft Excel para realização dos cálculos
Nessa tabela são apresentados a direita os coeficientes da equação polinomial de
calibração do cooler. Na coluna central os dados para o cálculo da vazão volumétrica e as três
entradas de dados para que seja realizada a medição da vazão mássica e suas relativas incertezas
de medição. Por ultimo na coluna da esquerda aparecem os coeficientes calculados a partir dos
outros dados da tabela. São apresentados os coeficientes da equação dos gases perfeitos que foi
utilizada na seguinte forma para o cálculo da densidade:
(14)
Para o cálculo da vazão mássica foi necessário derivar em função do tempo a equação
acima obtendo a seguinte equação da vazão mássica em função da vazão volumétrica:
(15)
onde .
Foram também calculadas as incertezas de medição do medidor em questão, esses
cálculos foram obtidos através da equação de incerteza propagada segundo Kline e McClintock
(HOLMAN, 1996), conforme segue:
((
)
(
)
)
(16)
14
Sendo a equação deduzida para esse este problema apresentada abaixo:
√(
)
(
)
(
)
(17)
Onde:
A incerteza obtida que para o pior caso na faixa de operação desse dispositivo atingiu o
valor de ±0,51 g/s. Mas como alguns fatores são proporcionais a medição obtida deve-se então
calcular para cada caso em separado e esse resultado também é apresentado na planilha como
Sm. Pode-se verificar também que a parcela que mais contribui para o aumento da incerteza de
medição é a medição da temperatura, por isso se necessita-se de melhorias na incerteza de
medição desse equipamento deve-se melhorar a incerteza do termopar ou modificar o
equipamento de medição de temperatura por um mais preciso, porém as duas incertezas não são
tão distantes, se for modificar a temperatura provavelmente deveria modificar também a medição
da velocidade.
Todos os cálculos podem foram feitos a partir do Microsoft Excel e são atualizados para
cada variação nos valores acima. Por isso sempre se tem uma diferente incerteza para cada valor
obtido.
Para os valores de pressão, foi realizado um cálculo iterativo a fim de se estabelecer a
pressão dinâmica do sistema de medição, que foi utilizada para corrigir a pressão do ar nos dutos.
O cálculo iterativo constituiu-se em admitir que a pressão atmosférica é a pressão do ar como
uma estimativa inicial para o cálculo da densidade, a qual utiliza-se para obter um valor
atualizado da pressão dinâmica, esta soma-se a pressão atmosférica e então é calculada
novamente a densidade. O processo descrito é repetido até a convergência, significando o valor
da pressão dinâmica mais próxima a real.
(18)
(19)
(20)
Então se repete os cálculos até a convergência das Equações (18), (19) e (20).
Desconsiderando-se a pressão estática, geraram-se erros de aproximadamente 1,5% na
vazão mássica, e assim, por serem relativamente pequenos, julgou-se desnecessário a instalação
de um medidor de pressão estática.
4. TÉCNICAS EXPERIMENTAIS
15
4.1. DETALHAMENTO DO PROJETO
No projeto conceitual foram avaliados diversos tipos de medidores de vazão, tais como a
placa de orifício, bocais, Venturi, anemômetro de fio quente, ultrassom, tipo turbina, dentre
outros. Porém, tendo em vista a facilidade de leitura dos dados experimentais e os critérios de
desempates a serem empregados na avaliação como capacidade de medição, incertezas e perda
de carga, decidiu-se pelo uso de um sensor do tipo turbina com auxílio de um termopar.
Segue abaixo a lista dos equipamentos utilizados para a construção do sensor e medição
do dados experimentais:
Tubo PVC tipo esgoto de 350 X 75,5 X 1,7 mm;
Cooler de CPU de 68mm de diâmetro com 9 pás;
Termopar Universal Minipa tipo K MTK01;
4 Parafusos passantes de 100mm e 4 porcas;
Braçadeiras para o tubo PVC;
Chapas em formato de L;
Cone de 25mm de diâmetro e 20 de altura;
Resina epoxi;
Silicone
Cola instantânea;
Definido o tipo de medidor de vazão, parte-se para seu desenvolvimento. Com o auxílio
de um software de CAD (Solidworks), o sensor foi desenhado respeitando as dimensões do
cooler e das tubulações impostas pelo projeto onde ele será acoplado. Na figura abaixo pode-se
visualizar o projeto do medidor de vazão com ventilador em vista dimétrica cortada.
Figura 4 : Esquema do sensor feito em CAD sem a fiação do ventilador e termopar
4.2. CONSTRUÇÃO
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Basicamente, a construção do sensor se dá a partir do acoplamento do ventilador entre
dois segmentos de tubo. A fixação se dá com o uso das braçadeiras, chapas em L e com os
parafusos passantes conforme a figura abaixo.
Figura 5 : Demosntração da fixação das braçadeiras e das cantoneiras
Antes de efetuar a fixação, foi colado um cone na parte central do suporte para suavizar e
direcionar o escoamento de ar com é mostrado na figura abaixo.
Figura 6 : Fixação do cone
Posteriormente, prendeu-se as braçadeiras envolvendo o tubo de PVC e as placas em L, e
nestas vão os parafusos passantes para comprimir os dois segmentos do tubo contra o
revestimento quadricular do ventilador. Depois de firme, foram vedados, com silicone, todos
possíveis orifícios entre revestimento e tubos como pode ser visto na figura abaixo.
17
Figura 7 : Detalhe da vedação
5. VALIDAÇÃO E RESULTADOS
Para a validação dos resultados obtidos foram calculadas as vazões massicas medidas
pelo dispositivo construído e comparadas com as obtidas na bancada de calibração. Uma das
medições foi feita a temperatura ambiente variando a vazão e a outra variando a temperatura e
mantendo a vazão constante. Para aferição dos resultados foi utilizada equação abaixo para
extimar o erro relativo a medição da bancada:
()
Os resultados podem ser verificados nas planilhas abaixo.
Tabela 3 : Tabela de comparação da bancada com instrumento de medição construído para
variação te vazão
BANCADA MEDIDOR CONSTRUÍDO
Pontos Velocidades
(m/s)
Vazões massicas
(g/s)
Tensão no cooler (V)
Velocidade calculada
(m/s)
Vazão calculada sem correção (g/s)
Vazão calculada com correção de pressão dinâmica
(g/s)
1 3,97 19,43 1,2216694 3,9367312 18,9151434 19,1627905
2 4,50 22,03 1,2897382 4,5468693 21,8467249 22,1334279
3 5,02 24,58 1,3582647 5,0405068 24,2185467 24,5370592
4 5,53 27,00 1,4445574 5,5212935 26,5286229 26,8783197
5 5,99 29,35 1,5482209 5,9376683 28,5292139 28,9060936
6 6,55 32,07 1,8744255 6,5977694 31,7008574 32,1211994
7 6,99 34,24 2,2150333 6,9616293 33,4491256 33,8936329
18
8 7,48 36,61 2,6592755 7,4846245 35,9620044 36,4415257
9 7,99 39,14 3,1851571 7,9878744 38,3800116 38,8935571
10 8,43 41,29 3,5583228 8,4303907 40,5062067 41,0499569
ERRO MÁXIMO 1,04% 2,80% 1,51%
Tabela 4 : Dados do medidor corrigido para variação na temperatura
BANCADA MEDIDOR CONSTRUÍDO
Pontos Vazões massicas
(g/s) Temperatura no
termopar (C) Tensão no cooler (V)
Velocidade calculada (m/s)
Vazão calculada sem correção (g/s)
0 24,64 17,50 1,34 4,91957103 24,4014167
1 24,52 25,40 1,35 4,91957103 23,7556340
2 24,66 31,00 1,36 5,05161985 23,9442618
3 24,43 40,10 1,38 5,17515521 23,8172777
4 24,22 49,90 1,39 5,26250276 23,4845684
5 24,20 55,00 1,41 5,34551783 23,4843416
6 24,06 59,90 1,42 5,39854677 23,3683888
Erro máximo 3,04%
19
6. CONCLUSÕES
Medidores de vazão são equipamentos amplamente utilizados na indústria, e é
fundamental que suas medidas sejam realizadas rapidamente com baixas incertezas, a fim de que
não se comprometa o processo ou sistema a que o fluido em escoamento está envolvido. Sendo
assim, visou-se o estudo e construção de um medidor de vazão mássica do tipo turbina
utilizando-se um cooler de computador para a disciplina de Medições Térmicas. A escolha desse
tipo de instrumento especificadamente, dentro dos vários tipos possíveis, se justifica pela
eletrônica envolvida e consequentemente o fato de sua fácil utilização em dispositivos de
controle eletrônico.
O fato de o mecanismo gerar uma tensão de acordo com a rotação da hélice permite que
as leituras sejam feitas eletronicamente, como por exemplo, através de placas de aquisição de
dados conectados a computadores. Outra vantagem é a possibilidade de obtenção de amostras,
das quais, as suas médias e variabilidades podem ser empregadas para controle estatístico de
qualidade. Sendo assim, é possível acompanhar em tempo real as medições do escoamento e
tomar decisões mais rápidas na correção de problemas, quando necessário.
No medidor em questão, após construção, equacionamento e calibração, os erros
máximos da vazão mássica calculados foram relativamente pequenos. Em relação a variação da
velocidade do escoamento, de 4 m/s até o valor de 8,5 m/s, as diferenças entre a vazão mássica
calculada pelo instrumento daquela registrada na bancada foi de aproximadamente 1,5%.
Considerando uma variação de temperatura de 20ºC até o valor de 60ºC, e mantendo a
velocidade constante de aproximadamente de 5m/s, o erro máximo da vazão mássica entre a
bancada de calibração e o instrumento de medição foi de aproximadamente 3%. Esses erros
podem ser considerados extremamente baixos considerando as grandezas de massa envolvidas
nas medições, as quais são de apenas poucas gramas.
Nota-se que a grande dificuldade nesse tipo de instrumentação, é a correta obtenção das
propriedades termodinâmicas do fluido. Como a vazão mássica depende da densidade, e esta por
sua vez é muito suscetível a variações de pressão e temperatura, a correta obtenção dessas
propriedades torna-se de extrema importância na obtenção de bons resultados.
20
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
FOX, R.W. e MCDONALD, A.T., 1995, Introdução à Mecânica de Fluidos, Editora
Guanabara Koogan S.A., Rio de Janeiro. HOLMAN, J. P., 1996, Experimental Methods for Engineers, McGraw-Hill, New York, 6th
ed.
INCROPERA, F. P., 2007, Fundamentals of Heat and Mass Transfer. 7. ed. New York: John
Wiley & Sons. MINIPA, Especificações do termopar. Disponível em:
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