SENSORES DE VAZO IntroduoA vazo a terceira grandeza mais medida nos processos industriais. As aplicaes so muitas, indo desde aplicaes simples como a medio de vazo de gua em estaes de tratamento e residncias, at medio de gases industriais e combustveis, passando por medies mais complexas. A escolha correta de um determinado instrumento para medio de vazo depende de vrios fatores. Dentre estes, pode-se destacar: exatido desejada para a medio tipo de fluido: lquido ou gs, limpo ou sujo, nmero de fases, condutividade eltrica, transparncia, etc. condies termodinmicas: por exemplo, nveis de presso e temperatura nos quais o medidor deve atuar espao fsico disponvel custo, etc.

Como podemos definir vazoVazo pode ser definida como sendo a quantidade volumtrica ou mssica de um fluido que escoa atravs de uma seo de uma tubulao ou canal por unidade de tempo. Vazo Volumtrica definida como sendo a quantidade em volume que escoa atravs de certa seco em um intervalo de tempo considerado. As unidades volumtricas mais comuns so: m/s, m/h, l/h, l/min., GPM (gales por minuto), Nm/h (normal metro cbico por hora), SCFH (normal p cbico por hora), entre outras.

Vazo mssica definida como sendo a quantidade em massa de um fluido que escoa atravs de certa seco em um intervalo de tempo considerado. As unidades de vazo mssica mais utilizada so: kg/s, kg/h, t/h, lb/h.

Medidores VolumtricosSo aqueles que exprimem a vazo por unidade de tempo. Tipos principais: a) Sensores de vazo baseados na presso - A presso de um fludo em movimento proporcional vazo. b) Sensores de vazo de turbinas - A velocidade de rotao da hlice proporcional velocidade de escoamento do fludo. c) Medidores de vazo magnticos O campo eltrico gerado por um fluido condutor movendo-se dentro de um campo magntico proporcional sua velocidade. MEDIO DE VAZO POR PRESSO DIFERENCIAL TIPO PLACA DE ORIFCIO De todos os elementos primrios inseridos em uma tubulao para gerar uma presso diferencial e assim efetuar medio de vazo, a placa de orifcio a mais simples, de menor custo e portanto a mais empregada. Consiste basicamente de uma chapa metlica, perfurada de forma precisa e calculada, a qual instalada perpendicularmente ao eixo da tubulao entre flanges. Sua espessura varia em funo do dimetro da tubulao e da presso da linha, indo desde 1/16 a 1/4. VANTAGENS Instalao fcil Econmica Construo simples Manuteno e troca simples

DESVANTAGEM Alta perda de carga irrecupervel

Sensores de vazo baseados na presso diferencial

Tubo de Venturi - A presso diferencial produzida por vrios tipos de elementos primrios colocados na tubulao de forma tal que o fludo passa atravs deles. A sua funo aumentar a velocidade do fludo diminuindo a rea da seo em um pequeno comprimento para haver uma queda de presso. A vazo pode ento, ser medida a partir desta queda. Um Venturi uma restrio gradual num tubo que faz com que a velocidade do fluido cresa na rea constrita e a presso esttica diminua temporariamente. O sensor por Venturi tende a manter a vazo laminar. Tanto a placa de orifcio como o tubo Venturi ocasionam quedas de presso no tubo por onde escoa o fluido. O venturi produz um diferencial menor para mesma vazo e dimetro.

Vantagem Recuperao de presso bastante eficiente.

Aplicaes Recomendado quando se deseja um maior restabelecimento de presso e quando o fluido medido carrega slidos em suspenso. Controles de combusto (vazo de ar). Tratamento de gua (tubulaes de grande dimetro).

Tubos de Pitot um dispositivo utilizado para medio de vazo atravs da velocidade detectada em um determinado ponto de tubulao. A presso de impacto sempre maior que a presso esttica e a diferena entre elas proporcional velocidade, conseqentemente vazo. O tubo pitot um pequeno tubo aberto que encara de frente a vazo.

composto por dois tubos: O primeiro fica de frente para a vazo e mede a presso de impacto. O segundo abre-se perpendicularmente vazo, medindo a presso esttica. A presso de impacto sempre maior que a presso esttica e a diferena entre elas proporcional velocidade, conseqentemente vazo. O tubo pitot usualmente empregado em aeronaves e indicadores de velocidade martima.

MEDIO DE VAZO TIPO ROTMETRO Rotmetro um medidor de vazo por rea varivel nos quais um flutuador varia sua posio dentro de um tubo cnico, proporcionalmente vazo do fluido. Basicamente um rotmetro consiste de duas partes: 1) Um tubo de vidro de formato cnico que colocado verticalmente na tubulao, em que passar o fluido a ser medido e cuja extremidade maior fica voltada para cima. 2) No interior do tubo cnico, um flutuador que se mover verticalmente, em funo da vazo medida.

FlutuadoresEsfrico

Pouca preciso e para baixas vazes Sofre forte influncia da viscosidade do fluido

Cilndrico com Bordo Plano

Para vazes mdias e elevadas. Sofre influncia mdia da viscosidade do fluido.

Cilndrico com Bordo Saliente de Face Inclinada para o Fluxo

Para vazes mdias e elevadas. Sofre pouca influncia da viscosidade.

Cilndrico com Bordo Saliente de Face contra o Fluxo

Para vazes mdias e elevadas. Sofre mnima influncia da viscosidade.

Material do Flutuador Deve ser compatvel com as caractersticas de corroso e abraso do fluido, sendo o Inox 316 e o PVC os mais utilizados. Material do Tubo Borosilicato Temperado (transparentes). Inox ou Ferro fundido (blindados).

Principal Vantagem Indicao local, direta e linear

Principal Desvantagem a pior alternativa para transmisso e controle.

Sensores de vazo de turbinas (tipo spin ou flowmeters)Empregam uma hlice (paddle wheelou propeller) instalado na direo da vazo. Para turbinas construdas com pequenas perdas mecnicas, a relao entre vazo e rotao aproximadamente linear. A vazo obtida a partir da contagem da rotao que pode ser feita facilmente por um sensor magntico e um im colocado na ponta de uma das ps da turbina ou usando um sensor de efeito Hall. A velocidade de rotao da hlice proporcional velocidade de escoamento do fluido. Mede gs ou lquido, mas precisa ser limpo. Os slidos em suspenso podem interferir na livre rotao da turbina. A passagem do fluido mover as aletas do rotor girando-o. A medida que cada lmina passa diante da bobina e do im, ocorre uma variao da relutncia do circuito magntico e no fluxo magntico total a que est submetida a bobina. Verifica-se ento a induo de um ciclo de tenso alternada. A frequncia dos pulsos gerados desta maneira proporcional velocidade do fluido. A vazo pode ser determinada ento pela totalizao dos pulsos gerados. Vantagem Excelente repetibilidade. Dimetros de Tubulao: a 30 (760 mm). Custo mdio (considerando o conjunto e o dimetro da linha). Pode ser utilizado em vazo bidirecional. Desgaste das ps. Travamento do rotor. Inrcia para baixas vazes.

Desvantagem

Medidores de vazo magnticos O medidor de vazo eletromagntico utiliza um campo magntico com forma de onda quadrada em baixa freqncia, e l o sinal de vazo quando o fluxo magntico est completamente saturado fazendo com que no ocorra influncia no sinal devido a flutuaes de corrente. Todos os detectores so ajustados de maneira que a relao da tenso induzida (E) pela densidade de fluxo magntico (B) seja mantida em um valor proporcional, somente velocidade mdia do fluxo, independente do dimetro, alimentao e freqncia. Uma seo no condutora do tubo colocada sob um campo magntico. Produz-se ento uma tenso proporcional velocidade do fluido, detectada por eletrodos nas laterais do tubo.

VantagensSo os mais flexveis e universais dentre os mtodos de medio de vazo. Perda de carga equivalente a um trecho reto de tubulao, pois no possui qualquer obstruo. virtualmente insensvel densidade e viscosidade do fluido de medio.

Desvantagens No mede vazo de gases. No mede vazo de fluidos isolantes, lubrificantes e hidrocarbonetos.

AplicaesIdeais para medio de produtos qumicos altamente corrosivos, fluidos com slidos em suspenso, lama, gua, polpa de papel. Desde saneamento at industrias qumicas, papel, celulose minerao e alimentcias.

RestriesO fludo deve ser eletricamente condutivo, e fluidos com propriedades magnticas adicionam um certo erro de medio.

Observaes de suma importncia que a parede interna da tubulao no conduza eletricidade e que a parte do tubo ocupada pelo volume definido pelas bobinas no provoque distores no campo magntico. As medies por meio de instrumentos magnticos so independentes de propriedades do fluido, tais como a densidade, a viscosidade, a presso, a temperatura ou mesmo o teor de slidos. Que o fluxo a ser medido seja condutor de eletricidade.

MEDIO DE VAZO POR ULTRASSOM Podem ser intrusivos, isto , o feixe de ultra-som emitido e recebido atravs de furos na tubulao, podem ser tambm no intrusivos fazendo-se a medio por auscultao. Um transdutor emissor/detector de ultra-som fixado de cada lado do tubo, formando com o eixo da tubulao um certo ngulo. Os transdutores transmitem e recebem, alternativamente, um trem de ondas ultra-snicas de pequena durao. O tempo de durao de transmisso levemente inferior quando a emisso orientada para jusante, e levemente superior quando orientada para montante.

MEDIO DE VAZO TIPO VORTEX

O efeito vortex pode ser observado no vibrar de fios ou cordas ao vento, ou ainda em uma bandeira que tremula. Os vortex gerados repetem-se num tempo inversamente proporcional vazo. Nas aplicaes industriais pode-se medir a vazo de gases, lquidos incorporando ao obstculo reto sensores que percebam as ondas dos vortex e gerem um sinal em freqncia proporcional vazo. Vrtices ou turbilhes aparecem quando se introduz um obstculo ou quando se provoca uma determinada mudana de direo no escoamento de um fluido. Nos medidores de vrtice, uma barra de formato adequado colocada transversalmente ao tubo. A partir de uma certa velocidade, os turbilhes comearo a se formar alternadamente de cada lado da barra. As duas maiores questes referentes ao desenvolvimento prtico de um medidor de vrtices so: Criao de um obstculo gerador de vrtices (vortex shedder) que possa gerar vrtices regulares e de parmetros totalmente estabilizados determinando a preciso do medidor. Projeto de um sensor e respectivo sistema eletrnico para detectar e medir a freqncia dos vrtices determinando os limites para as condies de operao do medidor. Um shedder com formato trapezoidal foi o que obteve um desempenho considerado timo. O corte trapezoidal proporciona excelente linearidade na freqncia de gerao dos vrtices, alm de extrema estabilidade dos parmetros envolvidos.

Vantagens Baixa perda de carga. Configurao manuteno simples. No sofre influencia da densidade e viscosidade em larga faixa.

Desvantagens Sofre influncia de vrtices provocados por vibrao da linha. Sofre influncia de vrtices provocados por imperfeies da linha.

MEDIO DE VAZO POR EFEITO CORIOLIS Este medidor de vazo utiliza um fenmeno fsico que envolve a inrcia e a acelerao centrpeta. Estes medidores possuem uma grande aplicao nas indstrias qumica, petrleo, papel, alimentcia, farmacutica, etc..., e sua medio independente das variveis de processo tais como: densidade, viscosidade, condutibilidade, presso, temperatura, perfil do fluido. Um medidor CORIOLIS, possui dois componentes : tubos de sensores de medio e transmissor.Os tubos de medio so submetidos a uma oscilao e ficam vibrando na sua prpria freqncia natural baixa amplitude, quase imperceptvel a olho nu.

O efeito Coriolis se manifesta toda vez que um corpo se movimenta sobre um sistema em movimento, isto , quando um fluido qualquer introduzido no tubo em vibrao, causa uma deformao no tubo em forma de uma toro, que captada por meio de sensores magnticos que geram uma tenso em formato de ondas senoidais. O sensor consiste basicamente de um par de tubos, convenientemente dobrados montados em paralelo e conectados linha percorrida pelo fluido a ser medido atravs de um bloco de conexo. Os tubos, juntamente com as duas hastes e as barras de toro, formam um sistema capaz de oscilar, quando for eletronicamente excitado atravs de bobinas, com uma freqncia natural de vibrao. Nas extremidades dos semicrculos formados pelos tubos, existem duas bobinas de induo, estas bobinas convertem a oscilao mecnica induzida no sistema em oscilao eltrica gerando duas ondas senoidais proporcionais velocidade angular de um tubo em relao ao outro. A vazo de uma tubulao dividida em duas por dois tubos paralelos que possuem forma de U, e ao fim destes tubos a vazo volta a ser conduzida por um nico tubo. Prximo da parte inferior de cada U existem eletroims que fazem os dois tubos oscilarem em suas frequncias naturais de vibrao e cuja a amplitude no ultrapassa alguns milmetros. Com o passar de fluido pelos tubos, em funo desta oscilao, surge uma toro nos tubos cuja defasagem permite a medio da vazo mssica. Esta defasagem medida por sensores magnticos instalados nas partes retas dos tubos em U. O transmissor composto de um circuito eletrnico que gera um sinal para os tubos de vazo, alimenta e recebe o sinal de medida, propiciando sadas analgicas de 4 20 mA, de freqncia ( 0 10 kHz ) e at digital RS 232 e/ou RS 485. Estas sadas so enviadas para instrumentos receptores que controlam bateladas, indicam vazo instantnea e totalizada ou para CLPs, SDCDs, etc...

Concluso