Medidores de vazão

Objetivo

Modalidade : vazão mássica Kg/h volumétrica m3/h

Gases - Volume (condição padrão ex. 14,7 psig e 60 oF, (SCFM). Científica Nm3/min Técnicas Kgf/cm2 a 20o C

Controlar no processo quantidades totais ou parciais de reagentes ou produtos ao longo do tempo de operação

Balanço de massa como também de energia.

Unidades frequentemente empregadas

Tipos de medidores.

Determinação de forma indireta – Inferida através da perda de carga – Piezométricos

Área constante

Tubo de pitotTubo venturiPlaca de orifícoAnnubar Tubo de Dall

Área variável

Rotâmetro

Determinação de forma direta – fluido passante

Deslocamento positivo

Disco nutantePistão flutuanteRoda ovais RootsDiafragma

Velocidade do fluido

Tipo héliceTipo turbina

Outras modalidades

Eletromagnéticos Vortex Ultrason Calhas Parshal Coriólis (fluxo mássico) Dissipação térmica

Medidore s piezométricos

A pressão diferencial está relacionada à:

Geometria - Forma e seção de passagem do fluido

Viscosidade do fluido Temperatura, densidade

Gases , também o coeficiente de expansão isentrópica

Velocidade do fluido

Localização do sensores de pressão

v

p

C

CK

Medidores de placa de orifício

Problemas interferentes na tomada de medidas de vazãoTurbilhonamento - Correção - uso de alinhadores

Variação de densidade – mais crítico para gases

Pulsação – Origem: saída de compressor, cavitação de bombas, fluido bifásicos, etc

Tomadas de pressão (em placas de orifício)

Flange taps Tomadas a 1” a montante e a jusante das faces da placa

Radius taps Tomadas a 1/2 diâmetro a montante e a jusante das faces da placa

Corner taps Tomadas nos cantos das placas, tanto a montante quanto a jusante

Pipe taps Tomadas a 2 ½ diâmetros a montante e 8 diâmetro a jusante

D

D

Canto

D/22 ½ D

8D

Dados importantes nas placas de orifício: Razão d /D = 0,20 a 0,75 ( razão beta )

Principais características das placas de orifício

Precisão de até 1% Acrescenta relativa P ao circuito Não recomendável para Re 2500.

Range de vazão: entre o máximo e o mínimo valor – fator de 5 para um determinado orifício – para garantia de linearidade

Tipos de placas de orifício - quanto à área de passagem

Variantes construtivas

Seção anelar variávelP1 P2

Mola

Peça móvel

Medidor tipo cunha

Operar com Re menores, na ordem de até 500,

Fluidos viscosos, pastas com materiais em suspensão

Razão beta é representada por H/D, sendo H a altura do segmento.

Tubo de Venturi

Características:

Precisão na ordem de 0,5 % Pequena AP. 50% < placa de orifício Utilizável para liquido , gases e fluidos pastosos.

21° 7 a 15°

Seção transversal quadrada

Outras configurações de venturi

P estática

P de velcidade

Duto

Venturi intake

Bocal de vazão

Adequado para gás ou vapor, tem maior capacidade que as placas de orifício. Recomendado particularmente para fluidos com elevada velocidade.

P1

P1

P2P2

Medidor centrífugo

Tubo de pitot

Venturi interno

Baixa pressão

Alta pressão

Pitot venturi

Tubo PitotAnnubar

Tubo pitot de média

Pd (pressão diferencial ) = Pv – Pe = P

Pg

V

2Aplicação:Para gases, ou líquidos limpos.

Medidor de área variável - Rotâmetro.

Característica: Operam através da manutenção do equilibrio das forças de arraste, empuxo e peso do flutuador auto ajustando a área de passagem.

Flutuador

c

n

nf

cfnc QQ

Onde: Q, vazão volumétrica; , massa específica;f, flutuadorc, condição de operação; n, condição de calibração.

Equação para calibração:

Medidores de vazão por velocidade

Dispositivos conjugados a um transdutor, que calculam a vazão volumétrica, correlacionando o efeito produzido pela velocidade do fluido sobre um determinado dispositivo, aplicado a uma seção do duto, relacionando este efeito a vazão pelo equacionamento com a área do tubo.

Tipos

Medidor de turbina

Usos : Fluidos limpos Fluidos viscosos

Evitar: Operar proximo a temperatura de ebulição do fluido Fluidos com gases dissolvidos

Detetores: conjunto magneto / gerador de radiofrequência

Duto

RotorMovimento livre

detector

Medidor de turbina

Medidor de vortex - perturbação fluidodinâmica

São medidores baseados na perturbação gerada por um fluido quando este passa por um obstáculo no percurso do fluxo.

Medidor Tipo Vortex O vortex é caracterizado quando o fluido encontra um obstáculo fixo. Ao passar por este obstáculovocorre um turbilhonamento. Uma configuração de obstáculo pode ser observada no croqui abaixo, cuja forma é comum neste tipo de equipamento.

Precisão de até 0,75 % Range de operação 10:1 para líquidos; 20:1 para gases. Necessidade de Re > 10000 até 40000, não adequado para fluido viscoso.

Características

O obstáculo se apresenta como um tronco de cilindro de face plana. Com o fluxo turbulento, o fluido não pode contornar o objeto. As arestas delimitam uma brusca mudança de plano. Neste ponto parte do fluido cisalha, separando-se, sendo acelerado pela corrente não perturbada. No impacto, há perda de energia cinética, gerando, em decorrência, pequeno ganho de energia potencial, que imediatamente a seguir, por colisão com correntes não perturbadas imprimem novamente energia cinética a estas pequenas porções de fluido. Pelo ganho de força centrifuga formam-se pequenos redemoinhos ( tornados ), devido à alta velocidade adquirida, surgem nestes micro-pontos imediata perda de pressão ( Bernouille ). Desta forma cria-se ao redor do objeto fixo uma série de zonas de baixa pressão. A freqüência destas zonas é proporcional à velocidade do fluido. Um sensor detecta estas flutuações de pressão (pulsante) e correlaciona à velocidade do fluido. Os transdutores podem ser piezoelétricos, magnéticos ou sônicos.

Descrição do fenômeno

São palhetas fixas em forma de hélices, circundando radialmente uma pequena região da parede externa do duto, as quais orientam o fluxo no interior do tubo provocando turbilhonamento. A corrente é conduzida através de um estreitamento, a semelhança de venturi, passando a seguir a uma expansão. A freqüência de rotação do fluido é proporcional à velocidade do fluxo e é detectada por sensores piezoelétricos. Existem outras configurações que exploram estes efeitos de perturbação do fluido por bruscas mudanças locais de fluxo, tendo cada uma delas suas características peculiares de funcionamento.

Medidor por Turbilhonamento

Fluxo alternativo

Fluxo

Vortex

spliter

Tubo de interconexão

Sensordispersores

Circuito superior

Circuito inferior

Sensor

vibração

Medidores de deslocamento

São medidores ( normalmente totalizadores ) que funcionam pelo aprisionamento temporário de um discreto e preciso volume do fluido.

Disco nutante

Medidores por ultrasom

Determinam o tempo de percurso (caminho) de uma onda através de um fluido em movimento

Vantagens - não intrusivo

Vmedida = C V , onde : C = velocidade do sinal emitido

V = velocidade do fluido

Baixa manutençãoFluidos corrosivos Pastosos*Limites amplos de temperaturaFácil instalação*

Normalmente aplica-se um único detector/transmissor, aplicando o sinal contra ou a favor do fluxo. Nesta técnica o perfil de velocidade afeta a precisão da medida.

Com base no tempo de resposta da onda transmitida.

Tipos por Modalidade de Operação

Receptor (Timer)

Transmissor (oscilador)

Fluxo

L

Φ Vel. fluxo

V cos Φ

Interferentes:Bolhas, vórtices (difusão), temperatura (interfere na velocidade de propagação do som).

Fluxo

ou

L

v

Com base na diferença de freqüência

Dois transmissores/receptores são colocados em lados opostos do tubo. Pulsos de onda de ultrasom são enviadas com uma determinada frequência de um para o outro transmissor /receptor. A diferença de frequência é proporcional a velocidade do fluido .

Emissor/ receptor

Emissor/ receptor

cos.vC

LTi

iT

Cv

L- Distância entre sensor/detector Ângulo de incidência

Vel. som no fluido

Velocidade do fluido

Tempo de condução da onda entre o transdutor/sensor

+-

Sinal a favor do fluxo

Sinal contra fluxo

coscos2

22 vCvLT

Vantagens:

Com base no efeito Doppler

Esta técnica de determinação baseia-se na diferença existente entre as freqüências de uma fonte emissora e de um sinal refletido por uma partícula em movimento

Frequência recebida

Frequência transmitida

fr

ft

cos..2 t

rt

f

ffCv

Medidores tipo calhas

Empregados para medida de vazão de fluxo em canais abertos

Tipo Vertedouros – Entalhes que podem ser retangulares, trapezoidais ou calhas em “V “

Calhas Parshall.

Nestes dispositivos faz-se a inserção em determinado ponto do fluxo, de um obstrutor com dimensões conhecidas. O fluido ao passar por este sistema de obstrução tem sua velocidade aumentada. A medida da velocidade, correlacionada a área de passagem, obtida pela medição da altura do nível na garganta do canal, fornecem números para o cálculo da vazão.

Medidor de vazão tipo calha Calha Parshal

Vista em planta

Corte lateral

medidores eletromagnéticos de vazão

Baseado na lei de indução eletromagnética de Faraday - A movimentação perpendicular de um condutor dentro de um campo magnético induz uma diferença de potencial proporcional à velocidade de deslocamento do condutor. O medidor consiste de duas partes. Um gerador de campo magnético e dois eletrodos.

AVqv .4

2DA

DBVKE ...KDB

EV

..

4.

.

D

BK

Eqv

Medidor baseado em troca térmica - eletrotérmico

Baseia-se na perda térmica (pela troca de calor com o fluido) de um elemento térmico (resistivo) instalado internamente em determinado ponto do duto. A vazão mássica é inferida a partir das propriedades do fluido, ou seja: Cp, e t.

Medidor Thomas

Elemento resistivo de aquecimento com corrente precisa e constante

Outra forma

Constante ajuste da corrente fornecida ao elemento de aquecimento para manter a temperatura constante.

Elemento resistivo

Elemento sensor

.

Constam estes dispositivos de um disco circular de pequena dimensão, instalado concêntrico e perpendicularmente ao tubo, de forma a sofrer ação de pressão da corrente líquida. O referido disco é suportado por uma haste cilíndrica, que através de preciso dispositivo de compensação procura manter o disco em equilíbrio, aplicando neste, força de igual valor àquela força de arraste. A velocidade do fluido é proporcional à raiz quadrada da força de arraste como também diretamente a densidade.

Medidor de placa

Baseia-se na força de arraste provocada por um fluido quando a este se contrapõe a um obstáculo. A força provocada pelo fluido sobre a placa é monitorada por elemento sensor de pressão conectado a referida placa.

Vantagens: Usados para qualquer tipo de fluido: gases, líquidos, vapor Amplo espectro de temperaturaSem peças móveisDisponíveis desde 0,5”Passível de atender a amplo range, bastando substituir a placaFluxo nos dois sentidosDiferentes materiais de onstrução

Desvantagem

Necessidade de calibração no campo

F = força sobre a placa (N)cd = coeficiente de forma da placa (dado do instrumento) empírico

ρ = densidade do fluido (kg/m3)v = velocidade do fluido (m/s)At = Área da placa (m2)

A força sobre a placa é expressa por: F = cd ρ v2 At / 2

Um objeto que se move num sistema de coordenadas com velocidade angular, sofre a ação de uma força de coriolis proporcional à massa e as velocidades, tanto do objeto quanto da angular do sistema. Esta força é perpendicular às referidas velocidades. No dispositivo de Coriolis, o fluxo é dividido. Uma pequena fração deste fluido é feito passar através de dois tubos curvos de pequeno diâmetro posicionados paralelamente. Os tubos são submetidos a uma vibração por um dispositivo a eles acoplado. Como os tubos vibram (oscilam) em duas direções e não giram, a magnitude e direção da velocidade angular se alternam. Isto cria uma força de Coriolis cíclica (alternante). Sendo o tubo elástico, a força de Coriolis induzida pela massa produz pequena deformação elástica no tubo, a qual é diretamente convertida na vazão mássica. Medidas obtidas por estes dispositivos têm precisão de até 0,2 % e podem operar numa faixa de 25/1.

Medidor mássico por Coriolis

baseiam-se no fenômeno físico relacionado à força de Coriolis

Outras modalidades de medidores volumétricos

Pistão semi-oscilantePistões alternantesPás girantesPás deslisantesPistões radiaisGás umidoDiafragmaCilindro e pistão

Tipos de alinhadores de fluxo

Tipo estrela

Tipo Zanker

Mitsubishi

Gallengher

Tipo Colméia, etc

Medidor de vazão de diafragma

Emprego : gases

Medidor de vazão – Selo de água (gás unido)

Eletrotérmico

Pistão deslizante

Pistão oscilante

Pistão radial

Medidor de vazão de engrenagem

Fusos paralelos

http://www.emersonprocess.com/Micromotion/tutor/old_tutor