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V AZÃO Prof. Leandro Morais

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VAZÃO

Prof. Leandro Morais

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Vazão

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Definição de Vazão

- É a quantidade de líquido, gás ou sólido que

passa por um determinado local por unidade

de tempo.

- Quantidade medida em volume (m³) ou massa

(kg)

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Tipos de Processos

- Processo Contínuo:

Envolve variáveis contínuas no tempo. A

produção é medida em toneladas ou em metros

cúbicos. Exemplos: indústrias petrolíferas, químicas, petroquímicas, papel e celulose,

cimenteira, metalúrgica, de tratamento de água, geração e distribuição de

energia elétrica, entre outras.

- Processo Discreto:

Envolve de maneira mais significativa variáveis

discretas no tempo. A produção é medida em

unidades produzidas. Exemplos: Indústria automobilística e fábricas em geral.

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Tipos de Vazão

Vazão Volumétrica

Vazão Mássica

Vazão Gravitacional

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Definição de Vazão

Q = Vazão volumétrica (m³/s)

V = Volume (m³)

T = Tempo (s)

𝑄𝑣 =𝑉

𝑡

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Definição de Vazão

Q = Vazão mássica (kg/s)

M = Massa (kg)

T = Tempo (s)

𝑄𝑚 =𝑀

𝑡

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Definição de Vazão

Q = Vazão gravitacional (kgf/s)

W = Peso (kgf)

T = Tempo (s)

𝑄ρ =𝑊

𝑡

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Condições de Medição

- Ao realizar a medição é importante

indicar as condições de operação de

temperatura e pressão (CNTP):

Temperatura: 0°C / 15°C / 20°C

Pressão: Ao nível do mar / Ambiente

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Vazão

- Grandeza física representada por:

Valor Numérico Unidade

- Unidades: m³/s (metro cúbico por segundo)

l/min (litros por minuto)

galões/min

kg/h (quilograma por hora)

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Conceitos

- Fluido:

- Matéria cuja forma pode ser mudada e é

capaz de se deslocar.

- Escoamento:

- Ato de um fluido se deslocar.

- Perda de Carga:

- Queda de pressão sofrida por um fluido

em uma tubulação.

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Perda de Carga

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Conceitos

- Montante: que se situa antes do referencial

- Jusante: que se situa depois do referencial.

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Viscosidade

- Relacionada ao grau de resistência ao

escoamento de um fluido em um duto qualquer.

- Quanto maior a viscosidade, menor será a

velocidade.

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Viscosidade

Fluido de alta viscosidade

Fluido de baixa viscosidade

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Escoamento

- Regime laminar:

Escoamento laminar (uniforme) sem

passagem de partículas para outras

camadas.

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Escoamento

- Regime turbulento:

Escoamento desordenado das partículas

com oscilações de velocidade e pressão.

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Escoamento

- Número de Reynolds:

Número utilizado para determinar o tipo de

escoamento.

Re = Número de Reynolds

V = Velocidade (m/s)

D = Diâmetro (m)

ʋ = Viscosidade Cinemática (m²/s)

- Regime turbulento : Re > 2.320

- Nas medições de vazão na indústria, o

regime de escoamento é na maioria

turbulento com Re > 5.000.

𝑅𝑒 =𝑉. 𝐷

ʋ

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Escoamento

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Escoamento

- Durante o escoamento em um duto,

a velocidade será máxima no ponto

central do duto e mínima na parede

do duto.

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Tipos de Medidores

Existem 3 tipos fundamentais de

medidores de vazão:

1) Indiretos

2) Diretos

3) Especiais

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Tipos de Medidores

1) Medidores Indiretos: Utilizam fenômenos

relacionados à quantidade de fluido passante.

a) Perda de Carga Variável (Área constante)

- Tubo de Pitot

- Tubo de Venturi

- Annubar

- Placa de Orifício

b) Área Variável (Perda de Carga constante)

- Rotâmetro

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Tipos de Medidores

2) Medidores diretos: volume do fluido passante.

a) Deslocamento positivo do fluido:

- Disco Nutante

- Pistão Flutuante

- Rodas Ovais

b) Velocidade pelo impacto do fluido:

- Tipo Hélice

- Tipo Turbina

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Tipos de Medidores

3) Medidores especiais:

- Eletromagnetismo

- Vortex

- Ultrassônico

- Calhas Parshall

- Vertedor

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Tubo de Pitot

- Realiza a medição da vazão através do

diferencial de pressão.

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Tubo de Pitot

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Conforme o avião aumenta sua velocidade a pressão na ponta do tubo, marcada de vermelho (Pt), aumenta e empurra a coluna de água provocando a diferença de altura “h” observada

Se o avião estiver em repouso, não haverá o ar empurrando a coluna dágua e consequentemente não haverá aquele “h”.

Do outro lado a coluna dágua (ou de um líquido com densidade conhecida) é empurrada pela pressão estática, ou pressão ambiente, que é captada por aquela simples abertura adjacente ao fluxo de ar, na figura é chamada de “porta de entrada para pressão estática (Po)”.

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Lei de Venturi “Os fluidos sob pressão, na passagem através de

tubos convergentes; ganham velocidade e perdem

pressão, ocorrendo o oposto em tubos

divergentes”.

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Tubo de Venturi

- Estreitamento da seção a fim de acelerar o

fluido e diminuir sua pressão estática.

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Um manômetro que contém um líquido de

densidade ρL conecta a parte mais larga à parte

mais estreita

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Tubo de Venturi

- O cálculo é baseado na equação de Bernoulli:

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Placa de Orifício

- Chapa metálica instalada a fim de obter a

máxima pressão diferencial.

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Placa de Orifício

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Venturi X Orifício

- Tubo de Venturi permite a medição de

vazão em grandes tubulações, mínimo

acúmulo de sedimentos.

- Placa de Orifício é mais simples, mais

barata, apresenta facilidade de troca,

pequena dimensão.

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Tipo Turbina

- Movimento das palhetas é proporcional à

vazão do fluido.

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Tipo Turbina

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Disco Nutante

- Entrada do fluido se dá por cima do disco,

provocando a nutação (movimento) do

mesmo.

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Disco Nutante

- Esses medidores são muito baratos e bem

precisos (2% a 1% do fundo de escala), mas a

vazão mensurável está limitada a 10 l/s. Usados

somente para líquidos.

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Medidor Especial

Medição de Vazão por Eletromagnetismo

- O princípio de funcionamento é baseado na lei de

Faraday: “ Quando um condutor se move dentro de um

campo magnético, é produzida uma força eletromotriz (fem)

proporcional à sua velocidade.”

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Medidor Especial

Medição de Vazão por Eletromagnetismo

- As medições por meios de instrumentos magnéticos são

independentes de propriedades do fluido, tais como a

densidade, a viscosidade, a pressão, a temperatura.

- O única exigência é que o fluido a ser medido seja

condutor de eletricidade.

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Medidor Especial

Vertedores

- Medição de vazão em canais abertos.

- A vazão é calculada medindo-se a altura da superfície de

fluidos a montante.

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Medidor Especial

Vertedores

- Utilizada nas medição de vazão em canais abertos.

- A equação da vazão é dada pela fórmula:

𝑄 = 1,838 . √𝐻³

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Medidor Especial

Vertedores

- Quando o Vertedor não ocupa toda a largura do canal,

aparecem contrações laterais, sendo assim necessário

considerá-la para o cálculo da vazão:

𝑄 = 1,838 . 𝐵 − 0,2 . 𝐻 . √𝐻³

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Bibliografia

• PETROBRAS. Instrumentação Aplicada. Programa de Formação de

Operadores de Produção e Refino de Petróleo e Gás. Rio de Janeiro,

2003.

• SENAI. Instrumentação Básica II: Vazão, Temperatura e Analítica.

Programa de Certificação do Pessoal de Manutenção. Senai – ES, 1999.

• Soisson, Harold. Instrumentação Industrial. Editora Hemus, 2002.

• Bega, Egídio. Instrumentação Industrial. 3ª Edição. Editora Interciência,

2011.