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  1. 1. RAFAEL BRUNO CARLOS ONTIVEROS CARLOS EDUARDO 3ºD TRABALHO DE ICP Medidores de vazão Junho de 2014
  2. 2. 1 Introdução Na maioria das operações realizadas nos processos industriais é muito importante efetuar a medição e o controle da quantidade de fluxo de líquidos, gases e até sólidos granulados, não só para fins contábeis, como também para a verificação do rendimento do processo. Assim, estão disponíveis no mercado diversas tecnologias de medição de vazão cada uma tendo sua aplicação mais adequada conforme as condições impostas pelo processo. A quantidade total movimentada pode ser medida em unidades de volume (litros, mm3, cm3, m3, galões, pés cúbicos) ou em unidades de massa (g, Kg, toneladas, libras). A vazão instantânea é dada por uma das unidades acima, dividida por uma unidade de tempo (litros/min, m3/hora, galões/min). No caso de gases e vapores, a vazão instantânea pode ser expressa, em Kg/h ou em m3/h.
  3. 3. 2 Sumário MEDIDORES DE VAZÃO.........................................................................................................5 DEFINIÇÕES..................................................................................................................5 MEDIDORES DE QUANTIDADE...............................................................................................7 DISCO NUTANTE...............................................................................................................8 APLICAÇÃO...........................................................................................................8 VANTAGENSEDESVANTAGENS...........................................................................8 MEDIDORES ROTATIVOS....................................................................................................9 PÁSGIRATÓRIAS.............................................................................................................10 APLICAÇÃO.........................................................................................................10 VANTAGENSEDESVANTAGENS.........................................................................10 TIPOENGRENAGEM........................................................................................................10 APLICAÇÃO........................................................................................................11 VANTAGENSEDESVANTAGENS.........................................................................11 TIPOTURBINA.................................................................................................................11 APLICAÇÃO.........................................................................................................12 VANTAGENSEDESVANTAGENS.........................................................................12 MEDIDORES VOLUMÉTRICOS...................................................................................................12 PLACA DE ORIFÍCIO.........................................................................................................15 APLICAÇÃO.........................................................................................................16 VANTAGENSEDESVANTAGENS.........................................................................16 TUBO DE VENTURI..........................................................................................................17 APLICAÇÃO.........................................................................................................17 VANTAGENSEDESVANTAGENS.........................................................................17 TUBO DE DALL................................................................................................................18 APLICAÇÃO.........................................................................................................18
  4. 4. 3 VANTAGENSEDESVANTAGENS.........................................................................19 TUBO DE PITOT...............................................................................................................19 APLICAÇÃO.........................................................................................................19 VANTAGENSEDESVANTAGENS.........................................................................19 TIPOANNUBAR...............................................................................................................20 APLICAÇÃO.........................................................................................................20 VANTAGENSEDESVANTAGENS.........................................................................20 ROTÂMETROS.................................................................................................................21 APLICAÇÃO.........................................................................................................22 VANTAGENSEDESVANTAGENS.........................................................................22 MEDIDORES DE VAZÃOEM CANAISABERTO............................................................................22 VERTEDOR......................................................................................................................22 APLICAÇÃO.........................................................................................................22 VANTAGENSEDESVANTAGENS.........................................................................22 CALHA PARSHALL............................................................................................................23 APLICAÇÃO.........................................................................................................23 VANTAGENSEDESVANTAGENS.........................................................................23 MEDIDORES ESPECIAISDE VAZÃO............................................................................................23 MEDIDOR ELETROMAGNÉTICO DE VAZÃO.....................................................................23 APLICAÇÃO.........................................................................................................24 VANTAGENSEDESVANTAGENS.........................................................................24 TIPOCORIOLIS................................................................................................................25 APLICAÇÃO.........................................................................................................26 VANTAGENSEDESVANTAGENS.........................................................................26 VORTEX..........................................................................................................................26 APLICAÇÃO.........................................................................................................26 VANTAGENSEDESVANTAGENS.........................................................................26
  5. 5. 4 ULTRA SOM.....................................................................................................................27 APLICAÇÃO.........................................................................................................27 VANTAGENSEDESVANTAGENS........................................................................27 Conclusão.......................................................................................................................30 Bibliografias....................................................................................................................31
  6. 6. 5 MEDIDORES DE VAZÃO Antes de falarmos sobre os medidores de vazão nós temos que saber algumas definições.  DEFINIÇÕES Mas o que é VAZÃO ? VAZÃO Vazão pode ser definida como sendo a quantidade volumétrica, mássica ou gravitacional de um fluido que passa através de uma seção de uma tubulação ou canal por unidade de tempo. E também pode ser obtida pelo resultado da multiplicação da área seccional pela média da velocidade do fluido. CALOR ESPECÍFICO Define-se calor específico como o quociente da quantidade infinitesimal de calor fornecido a uma unidade de massa duma substância pela variação infinitesimal de temperatura resultante deste aquecimento. Na prática, temos: A quantidade de calor necessária para mudar a temperatura de 1 grama de uma substância em 1ºC. O conhecimento do calor específico de determinada substância é muito importante para um bom controle da vazão. VISCOSIDADE É definida como sendo a resistência ao escoamento de um fluido em um duto qualquer. Esta resistência provocará uma perda de carga adicional que deverá ser considerada na medição de vazão.  Viscosidade absoluta ou dinâmica Define-se como sendo o atrito interno num fluido, que se opõe ao movimento relativo de suas moléculas e ao movimento de corpos sólidos que nele estejam. É representada pela letra grega μ (mi). TIPOS DE ESCOAMENTO  Regime Laminar Se caracteriza por um escoamento em camadas planas ou concêntricas, dependendo da forma do duto, sem passagens das partículas do fluido de uma camada para outra e sem variação de velocidade, para determinada vazão.  Regime Turbulento Se caracteriza por uma mistura intensa do líquido e oscilações de velocidade e pressão. O movimento das partículas é desordenado e sem trajetória definida. NÚMERO DE REYNOLDS Número adimensional utilizado para determinar se o escoamento se processa em regime laminar ou turbulento. Sua determinação é importante como parâmetro modificador dos coeficientes de descarga. Re = V.D/ ν Onde: V - velocidade (m/s) D - diâmetro do duto (m)
  7. 7. 6 ν - viscosidade cinemática (m2/s)  Observação: − Na prática, se Re > 2.320, o fluxo é turbulento, caso contrário é sempre laminar. − Nas medições de vazão na indústria, o regime de escoamento é na maioria dos casos turbulento com Re > 5.000.  Distribuição de Velocidade em um Duto Em regime de escoamento no interior de um duto, a velocidade não será a mesma em todos os pontos. Será máxima no ponto central do duto e mínima na parede do duto. 3.5.1 - Regime Laminar É caracterizado por um perfil de velocidade mais acentuado, onde as diferenças de velocidades são maiores.  Regime Turbulento É caracterizado por um perfil de velocidade mais uniforme que o perfil laminar. Suas diferenças de velocidade são menores. Observação: Por estas duas fórmulas percebe-se que a velocidade de um fluido na superfície da seção de um duto é zero (0). Podemos entender o porque da velocidade nas paredes da tubulações considerando também o atrito existente entre o fluido e a superfície das tubulações.
  8. 8. 7 Vx = velocidade num ponto qualquer da seção Vmáx = velocidade no eixo central da seção rx = raio da seção n = coeficiente variável que depende do número de Reynold. CARACTERÍSTICAS DOS MEDIDORES DE VAZÃO Existem três características fundamentais de medidores de vazão: indiretos, diretos e especiais. TIPOS DE MEDIDORES DE VAZÃO Existem dois tipos de medidores de vazão, os medidores de quantidade e os medidores volumétricos.  MEDIDORES DE QUANTIDADE São aqueles que, a qualquer instante permitem saber que quantidade de fluxo passou, mas não vazão do fluxo que está passando. Exemplo: bombas de gasolina, hidrômetros, balanças industriais, etc. a) Medidores de Quantidade por Pesagem São utilizados para medição de sólidos, que são as balanças industriais. b) Medidores de Quantidade Volumétrica
  9. 9. 8 São aqueles que o fluído, passando em quantidades sucessivas pelo mecanismo de medição faz com que o mesmo acione o mecanismo de indicação. São estes medidores que são utilizados para serem os elementos primários das bombas de gasolina e dos hidrômetros. Exemplo: disco nutante, tipo pistão rotativo oscilante, tipo pistão alternativo tipo pás, tipo engrenagem, etc. DISCO NUTANTE Este tipo de medidor é utilizado principalmente para medidores de vazão de água, sendo utilizado principalmente em resistências. O líquido entra no medidor através da conexão de entrada, passa por um filtro indo ao topo da carcaça principal. O fluido então se movimenta para baixo, através da câmara de medição, indo até a base do medidor e daí a conexão da saída do medidor. O movimento do disco é controlado de tal forma que quando o líquido entra na câmara de medição, impele o pistão de medição o qual efetua um movimento de nutação completa em cada rotação. Estes movimentos são transmitidos por um conjunto de engrenagens ou acoplamento magnético ao indicador.  Aplicação Indicado para medição de fluidos industriais tais como produtos químicos, óleo diesel, petróleo, querosene, álcool, óleos lubrificante, água industrial, produtos alimentícios em especial no recebimento e entrega de caminhões de Gás (GLP).  Vantagens e Desvantagens 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. Atualmente esses medidores têm utilização restrita, a aplicações especiais que exijam posição de montagem vertical ou grande exatidão de medição em vazões baixas. Os medidores volumétricos também não são normalizados no Brasil e a regulamentação nacional não considera medidores que seguem normas americanas (AWWA), o que torna a sua utilização de forma abrangente ainda difícil.
  10. 10. 9 MEDIDORES ROTATIVOS Este tipo de medidor de vazão aciona propulsores (rotores) internos. Sendo que sua velocidade de rotação será em função da velocidade do fluido através da câmara de medição. 3 tipos básicos podem ser destacados: a) Rotores de lóbulos b) Palhetas corrediças c) Palhetas Retratil Os rotores lobulares são os mais utilizados para medições de vazões de gases. Estes dispositivos possuem dois rotores com movimentos opostos com a posição relativamente fixa internamente, a uma estrutura cilíndrica. A câmara de medição é formada pela parede do cilindro e a superfície da metade do rotor. Estando o rotor na posição vertical em determinado volume de gás ficará retido no compartimento de medição. Como o rotor gira devido a pequena diferença de pressão entre a entrada e saída, o volume medido do gás é descarregado na base do medidor. Esta ação sucede-se 4 vezes em uma movimentação completa com os rotores em deslocamentos opostos e a uma velocidade proporcional ao volume do gás deslocado. No medidor por palhetas existem muitas variedades. Palhetas podem ser movidas radicalmente (corredição) conforme a superfície de uma came ou são articuladas como no tipo retrátil.  Aplicação Rede pública de fornecimento de gás Em transferência e em estações de medição, Para a medição do consumo e distribuição de plantas municipais e empresas distribuidoras bem como usuários finais como, por exemplo, siderúrgicas, indústria do vidro, escolas, hospitais, etc. Na indústria química Para medição de consumo de gás, distribuição e controle de processo de vazão de gás. Na indústria automotiva Para medição do fluxo de entrada em motores de combustão interna e bancadas de teste. Na indústria geral
  11. 11. 10 Para medição do consumo de ar comprimido. Na tecnologia de compressores Para determinação do volume de ar em bancadas de teste. PÁS GIRATÓRIAS Após o fluido passar pela pá giratória ele é contabilizado no totalizador  Vantagens e Desvantagens Estes medidores são apropriados para medidas de fluídos limpos, pois, partículas suspensas podem provocar desgaste e decorrentes imprecisões de medida. TIPO ENGRENAGEM O volume é medido pelo movimento de uma roda ou rotor de uma turbina, que é atuado pela velocidade do liquido que flui.
  12. 12. 11  Aplicação O medidor de vazão de engrenagens ovais pode ser aplicado para inúmeras medições de vazão, desde as mais comuns até as mais complexas, inclusive em casos onde outros medidores de vazão já foram testados sem sucesso, ele pode ser aplicado sem nenhuma restrição e funcionar de acordo com suas características de precisão, repetibilidade, longevidade, confiabilidade, etc. Por isso, esse medidor poderá ser usado em qualquer tipo de indústria, principalmente nas áreas Petrolífera, Petroquímica, Química, Alimentícia, Farmacêutica, Tintas e Vernizes, Celulose e Papel, Cimento e Derivados, Siderúrgica, Metalúrgica, Geração de Energia, em casos de empresas de Armazenamento e Distribuição de produtos químicos e petroquímicos, em carregamento de caminhões-tanque, carregamento de navios, abastecimento de veículos, etc.  Vantagens e Desvantagens Existe uma grande variedade de arranjos mecânicos para explorar este princípio e, muito embora apresentem uma perda de carga constante, todos as alternativas devem oferecer baixo atrito de fricção, baixa manutenção e durabilidade. Pela sua construção robusta, tais medidores conseguem operar em grandes pressões, temperaturas e viscosidades. TIPO TURBINA Um medidor de vazão tipo turbina, conforme a figura a seguir, consiste basicamente de um rotor provido de palhetas, suspenso numa corrente de fluido com seu eixo de rotação paralelo a direção do fluxo. O rotor é acionado pela passagem de fluido sobre as palhetas em ângulo; a velocidade angular do rotor é proporcional à velocidade do fluido que, por sua vez, é proporcional à vazão do volume. Uma bobina sensora na parte externa do corpo do medidor, detecta o movimento do rotor.
  13. 13. 12 Esta bobina é alimentada, produzindo um campo magnético. Como as palhetas do rotor são feitas de material ferroso, à medida que cada palheta passa em frente à bobina corta o campo magnético e produz um pulso. O sinal de saída é uma seqüência de pulsos de tensão, em que cada pulso representa um pequeno volume determinado de líquido. O sinal detectado é linear com a vazão. Unidades eletrônicas associadas permitem indicar a vazão unitária ou o volume totalizado, podendo efetuar a correção automática da temperatura e/ou pressão e outras funções.  Aplicação O medidor de vazão tipo turbina é bastante versátil. Hoje, ele é aplicado em medição de consumo de combustíveis em foguetes, nas indústrias químicas, petroquímicas, farmacêuticas, refinarias, papeleiras, saneamento básico, tratamento e distribuição de água, alimentícia, geradoras de energia elétrica, distribuidoras de combustíveis, postos de abastecimentos de gás veicular, etc.  Vantagens e Desvantagens Vantagens: - Flexibilidade em medidas (líquido e gás) - Suporta Temperatura (450º C) - Monitoramento contínuo - Mede fluídos com alta viscosidade. - Larga capacidade de fluxo - Excelente repetibilidade - Suporta altas pressões (300 bar) Desvantagens: - Deve ser evitadas turbulências no fluído - Podem ocorrer encrustações e travamento no rotor - A viscosidade afeta a precisão - O fluído não pode ter sódidos - Alto custo de instalação e manutenção - Desgaste das pás  MEDIDORES VOLUMÉTRICOS São aqueles que exprimem a vazão por unidade de tempo Vantagens - Um medidor de fluxo de area variavel 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 fluxo de área variável é um dispositivo de construção simples, que pode ser fabricado em grandes quantidades a partir de materiais de baixo custo. Desvantagens -Por depender da força da gravidade, um medidor de área variável deve sempre estar orientado verticalmente, com o fluido a circular no sentido ascendente.
  14. 14. 13 -Por depender das propriedades do fluido, a escala de um dado medidor de fluxo de area variavel tem precisão apendas para uma dada substância. Das características do fluido, a que tem maior destaque é a densidade, sendo que a viscosidade pode também ter um papel significante. -Os corpos flutuantes são em geral projetados para serem insensíveis à viscosidade, embora seja raramente verificado nas especificações dos fabricantes. Para ultrapassar este problema, diferentes medidores de fluxo de area variavel podem ser utilizados para diferentes viscosidades ou diferentes escalas podem ser utilizadas no mesmo dispositivo. -Medidores de fluxo de area variavel em geral 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 apenas a aplicação com fluidos não corrosivos -Em geral, não são facilmente adaptáveis para leituras automáticas, embora flutuantes magnéticos que controlam um elemtento externo ao tubo também possam a ser utilizados. o Medição de Vazão por Pressão Diferencial A pressão diferencial é produzida por vários tipos de elementos primários colocados na tubulação de forma tal que o fluído passa através deles. A sua função é aumentar a velocidade do fluído diminuindo a área da seção em um pequeno comprimento para haver uma queda de pressão. A vazão pode então, ser medida a partir desta queda. Uma vantagem primordial dos medidores de vazão por DP, é que os mesmos podem ser aplicados numa grande variedade de medições, envolvendo a maioria dos gases e líquidos, inclusive fluídos com sólidos em suspensão, bem como fluídos viscosos, em uma faixa de temperatura e pressão bastante ampla. Um inconveniente deste tipo de medidor é a perda de carga que o mesmo causa ao processo , sendo a placa de orifício, o dispositivo que provoca a maior perda de carga "irrecuperável" ( de 40 a 80% do DP gerado). E os transmissores de vazão por pressão diferencial se baseiam nos mesmos princípios físicos utilizados na tecnologia de medição de pressão. Assim, são utilizados os tipos piezoelétrico; strain-gauge, célula capacitiva, etc..., para medir a pressão diferencial imposta por um elemento deprimogenio cuidadosamente calculado para permitir a obtenção da faixa de vazão que passa por um duto, conforme já visto em tópicos anteriores. Como a pressão diferencial é relativamente baixa, as faixas de medição destes transmissores são expressas normalmente em mmH2O, kPa ou polegada de água. Extrator de Raiz Quadrada
  15. 15. 14 Uma das maneiras mais utilizadas para se medir a vazão de um fluido qualquer em um processo industrial é aproveitar-se da relação entre vazão e pressão deste fluido. Para isto, são utilizados elementos deprimogênios, tais como placas de orifício, que atuam como elementos primários e possibilitam efetuar a medição de uma pressão diferencial que é correspondente à vazão que passa por ele. Porém, essa relação não é linear e sim quadrática. Desta forma são utilizadas unidades aritméticas denominadas Extrator de Raiz Quadrada cuja função é a de permitir que valores medidos pelos transmissor representem a vazão medida. Esta função, extrator de raiz, pode estar incorporada ao transmissor, estar separada como um instrumento ou até mesmo ser uma função executada via software em sistema de controle, em um controlador digital ou até mesmo em um controlador lógico programável. Curva teórica de um Extrator de Raiz Percentualmente a curva teórica saída/entrada de tais acessórios é representada pela Fig. 32. As saídas (S) correspondentes às entradas (E) de 1; 4; 9; 25; 36; 49; 64; 81 e 100% são respectivamente 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90 e 100%, onde: Fig. 32 - Curva teórica de extração de raiz quadrada Qualquer que seja a tecnologia utilizada, o extrator de raiz quadrada será basicamente um amplificador de ganho variável, com ganho extremamente alto para baixos valores do sinal de entrada e ganhos baixos para altos valores do sinal de entrada. Ponto de corte Este ajuste consiste em se estabelecer um ponto inicial a partir do qual o sinal recebido pelo extrator é enviado para os instrumentos de recepção (controlador, registrador, etc...). Ele é necessário devido ao alto ganho do extrator no início de sua faixa de trabalho e à instabilidade dos sinais medidos pelo transmissor em baixos ΔP, o que resultaria em registro, totalizações ou controles inadequados e inconfiáveis. Integrador de Vazão As medições de vazão quase sempre tem por objetivo também apurar o consumo ao longo de um tempo pré-estabelecido de um determinado fluido usado em um processo de transformação industrial qualquer. Isto é importante pois sua quantificação permite levantar custos para conhecer gastos e efetuar cobranças de fornecimento.
  16. 16. 15 Para conhecer esse consumo é feito a integração dos valores instantâneos de vazão e desta forma é obtido, após um período determinado, o total consumido. Essa operação é feita por um instrumento denominado integrador de sinal. PLACA DE ORIFÍCIO Dos muitos dispositivos inseridos numa tubulação para se criar uma pressão diferencial, o mais simples e mais comumente empregado é o da placa de orifício. Consiste em uma placa precisamente perfurada, a qual é instalada perpendicularmente ao eixo da tubulação. É essencial que as bordas do orifício estejam sempre perfeitas, porque se ficarem imprecisas ou corroídas pelo fluido, a precisão da medição será comprometida. Costumeiramente, essas bordas são fabricadas com aço inox, monel, latão etc., dependendo do fluido.
  17. 17. 16 Na próxima figura, podem-se ver alguns tipos de orifícios que serão descritos.  Aplicação Por sua simplicidade na instalação, baixo custo de fabricação e vida útil sem nenhum tipo de manutenção, sua aplicação é muito mais favorável que outros tipos de medidores de vazão, são usados em larga escala por refinarias de petróleo, indústrias petroquímicas, siderúrgicas, açúcar, álcool e demais segmentos das indústrias de processo. Devido a normalização internacional do coeficiente de descarga e o método de cálculo conhecido pela maioria dos usuários (ISO, ASME, ISA), sua aplicação é muito confiável em relação a outros medidores.  Vantagens e Desvantagens VANTAGENS Instalação fácil Econômica Construção simples Manutenção e troca simples DESVANTAGENS Alta perda de carga irrecuperável
  18. 18. 17 TUBO VENTURI O tubo Venturi, combina dentro de uma unidade simples, uma curta garganta estreitada entre duas seções cônicas e está usualmente instalado entre duas flanges, numa tubulações. Seu propósito é acelerar o fluído e temporariamente baixar sua pressão estática. A recuperação de pressão em um tubo Venturi é bastante eficiente, como podemos ver na figura a seguir, sendo seu uso recomendado quando se deseja um maior restabelecimento de pressão e quando o fluido medido carrega sólidos em suspensão. O Venturi produz um diferencial menor que uma placa de orifício para uma mesma vazão e diâmetro igual à sua garganta.  Aplicação Adequado para aplicações de medição de vazão nas quais se exige baixa perda de carga. É formado por três partes (cone de entrada, garganta e cone de saída). Instalado em série com a tubulação e a passagem do fluido pela garganta, gera aumento de velocidade e redução da pressão estática do fluido. Dentre as aplicações do Tubo Venturi, destacamos a medição de ar de combustão de caldeiras, gases de baixa pressão onde se requer perda de carga permanente reduzida e, pelo mesmo motivo, medição de água em grandes dutos. Projetado de acordo com a norma ISO 5167-1:2003, é também conhecido como Venturi Clássico.  Vantagens e Desvantagens Boa precisão (± 0,75%); − Resistência a abrasão e ao acúmulo de poeira ou sedimentos; − Capacidade de medição de grandes escoamentos de líquidos em grandes tubulações;
  19. 19. 18 − Permite medição de vazão 60% superiores à placa de orifício nas mesmas condições de serviço, porém com perda de carga de no máximo 20% do ∆P. Algumas das desvantagens no tubo de Venturi - Dimensões maiores; - Custos mais elevados; - Instalação é mais difícil; - Necessita trecho reto maior TUBO DE DALL Em época mais recente foi desenvolvido um dispositivo conhecido como tubo de DALL, para proporcionar uma recuperação de pressão muito maior do que a obtida por um tubo VENTURI. Diferentemente do tubo VENTURI, que apresenta garganta paralela, o tubo de DALL é desprovido de garganta, é menor e mais simples. Possui um curto cone convergência, que começa em diâmetro algo inferior diâmetro de conduto. Há a seguir um espaço anular na “garganta”, seguido pelo cone divergente. O fluido ao passar pelo tubo, pode entrar pelo espaço anular entre o tubo de DALL que funciona como um revestimento interno do tubo e, este último transmitindo assim, uma pressão média, do “gargalo”, ao instrumento de medida através de uma derivação no tubo, nesse ponto.  Aplicação Proporcionar uma recuperação de pressão muito maior do que a obtida por um tubo VENTURI. Para tubulações de diâmetro pequeno o limite do número de REYNOLDS é 50.0, para tubulações com diâmetros superiores, o número de REYBOLDS é ilimitado.
  20. 20. 19  Vantagens e Desvantagens Proporciona uma diferença de pressão relativamente maior com menor perda de carga. Esse tipo de medidor é muito usado para medir vazão em tubulações longas. Entretanto, pesquisas recentes indicam que a medida é sensível ao valor do número de Reynolds para o fluxo, o que é um grande inconveniente. TUBO DE PITOT É um dispositivo para medição de vazão através da velocidade detectada em um ponto da tubulação. O tubo de Pitot é um tubo com uma abertura em sua extremidade, sendo esta colocada na direção da corrente fluida de um duto. A diferença da pressão total e a pressão estática da linha nos dará a pressão dinâmica, a qual é proporcional ao quadrado da velocidade.  Aplicação Atualmente o tubo de Pitot possui inúmeras aplicações, entre elas: aviação, náutica, aeromodelismo, vazão de fluxo em tubulações industriais, estudos relacionados aos fluidos, medição de temperatura (com o aparato necessário), simples medição de pressões, altitudes, velocidades, e também auxiliando pesquisas meteorológicas. (Relatório FETRAN, MORETTI, Bruno, NC). Uma das aplicações em específico é a aviação, este tipo de aplicação tem sido citada freqüentemente em jornais e outros meios, devido ao recente acidente do Air France. O tubo de Pitot utilizado em aviões tem a função de medir a velocidade dos mesmos, baseando-se na diferença de pressão.  Vantagens e Desvantagens Atualmente o tubo de Pitot possui inúmeras aplicações, entre elas: aviação, náutica, aeromodelismo, vazão de fluxo em tubulações industriais, estudos relacionados aos
  21. 21. 20 fluidos, medição de temperatura (com o aparato necessário), simples medição de pressões, altitudes, velocidades, e também auxiliando pesquisas meteorológicas. A principal desvantagem do tubo de Pitot é que ele deve ser alinhado com a direção do escoamento, que pode ser desconhecida. Para ângulos de guinada maiores de 5°, ocorrem erros substancias nas medidas tanto da Pressão de estagnação como de Pressão Estática. TIPO ANNUBAR O Annubar é um dispositivo de produção de pressão diferencial que ocupa todo o diâmetro do tubo. O annubar é projetado para medir a vazão total, de forma diferente dos dispositivos tradicionais de pressão diferencial.  Aplicação O medidor de vazão tipo Annubar é utilizado em fluidos onde se é possível medir, quando bem projetado e instalado, toda vazão de um fluido ao longo da secção de um tubo qualquer. Hidrômetros,Bombas de gasolina e etc...  Vantagens e Desvantagens Além de mediar vazão de fluidos nas tubulações, o Annubar é também usado para medir a emissão de gases poluentes na atmosfera pela industria e até mesmo pelos caminhões. Como desvantagem há a perda carga variável (área constante). Chama-se perda de carga a queda de pressão sofrida pelo fluido ao atravessar uma tubulação qualquer. As causas da perda de carga são: atrito entre o fluido e a parede interna do tubo, mudança de pressão e velocidade devido a uma curva ou um obstáculo e etc.
  22. 22. 21 ROTÂMETROS Rotâmetros são medidores de vazão por área variável, nos quais um flutuador varia sua posição dentro de um tubo cônico, proporcionalmente à vazão do fluido.Basicamente, um rotâmetro consiste de duas partes:  Um tubo de vidro de formato cônico, o qual é colocado verticalmente na tubulação em que passará o fluido que queremos medir. A extremidade maior do tubo cônico ficará voltada para cima.  No interior do tubo cônico teremos um flutuador que se moverá verticalmente, em função da vazão medida. Princípio Básico O fluido passa através do tubo da base para o topo. Quando não há vazão, o flutuador permanece na base do tubo e seu diâmetro maior é usualmente selecionado de tal maneira que bloqueie a pequena extremidade do tubo, quase que completamente. Quando a vazão começa e o fluido atinge o flutuador, o empuxo torna o flutuador mais leve; porém, como o flutuador tem uma densidade maior que a do fluido, o empuxo não é suficiente para levantar o flutuador. A área de passagem oferece resistência à vazão e a queda de pressão do fluido começa a aumentar. Quando a pressão diferencial, somada ao efeito de empuxo do líquido, excede a pressão devido ao peso do flutuador, então o flutuador sobe e flutua na corrente fluida. Com o movimento ascendente do flutuador em direção à parte mais larga do tubo, a área anular, entre a parede do tubo de vidro e a periferia do flutuador, aumenta. Como a área aumente, o diferencial de pressão devido ao flutuador decresce. O flutuador ficará em equilíbrio dinâmico quando a pressão diferencial através do flutuador somada ao efeito do empuxo contrabalançar o peso do flutuador. Qualquer aumento na vazão movimenta o flutuador para a parte superior do tubo de vidro e a diminuição causa uma queda a um nível mais baixo. Cada posição do flutuador corresponde a um valor determinado de vazão e somente um. É somente
  23. 23. 22 necessário colocar uma escala calibrada na parte externa do tubo e a vazão poderá ser determinada pela observação direta da posição do flutuador.  Aplicação Utilizado para medir vazão instantânea de líquidos ou de gases  Vantagens e Desvantagens Principal Vantagem Indicação local, direta e linear. Principal Desvantagem É a pior alternativa para transmissão e controle.  MEDIDORES DE VAZÃO EM CANAIS ABERTOS Os dois principais tipos são: o vertedor e a calha de Parshall. VERTEDOR O vertedor mede a altura estática do fluxo em reservatório que verte o fluído de uma abertura de forma variável.  Aplicação São instrumentos hidráulicos utilizados para medir vazão em cursos d’água naturais e em canais construídos. CALHA DE PARSHALL O medidor tipo calha de Parshall é um tipo de Venturi aberto que mede a altura estática do fluxo. É um medir mais vantajoso que o vertedor, porque apresenta menor perda de carga e serve para medir fluídos com sólidos em suspensão.
  24. 24. 23  Aplicação Desenvolvido em tamanhos padronizados de 3" até 10', largura nominal "W" de sua garganta hidraulicamente é um tipo de medidor Venturi. Inicialmente destinado a aplicações em canais de irrigação, este medidor de vazões passou a ser conhecido como Calha Parshall, em honra ao seu criador, e hoje é freqüentemente empregado além da função original, também como um efetivo misturador de soluções químicas nas estações de tratamento de água.  Vantagens e Desvantagens A principal vantagem das calhas é que existe uma relação direta e conhecida, ou facilmente calibrável, entre a vazão e a cota. A calha ou o vertedor tem a desvantagem do custo relativamente alto de instalação.  MEDIDORES ESPECIAIS DE VAZÃO Os principais medidores especiais de vazão são: medidores magnéticos de vazão com eletrodos, tipo turbina, tipo Coriolis , Vortex e Ultra-sônico. MEDIDOR ELETROMAGNÉTICO DE VAZÃO O medidor magnético de vazão é seguramente um dos medidores mais flexíveis e universais dentre os métodos de medição de vazão. O princípio de medição é baseado na lei de Faraday que diz que: “Quando um condutor se move dentro de um campo magnético, é produzida uma força eletromotriz (f.e.m.) proporcional a sua velocidade.” Medidor de vazão eletromagnético é um conjunto de um dispositivo primário (tubo), através do qual a vazão flui e um dispositivo secundário (transmissor eletrônico de vazão) que converte o sinal de baixo nível gerado pelo dispositivo primário em um sinal padronizado, conveniente e aceito pela instrumentação industrial. Princípio de funcionamento O valor da força eletromotriz é proporcional à velocidade do condutor e a densidade do fluxo magnético. E = D.V. B(V)
  25. 25. 24 B  Densidade do fluxo magnético [ weber/m2] D  Distância entre os eletrôdos [m] V  Velocidade do fluxo [m/s] E  Tensão induzida [Volts] Quando um condutor se move em um campo magnético, na direção perpendicular ao campo, uma força eletromotriz é induzida perpendicularmente à direção do movimento do condutor e à direção do campo magnético. Tal força fará com que o fluido condutor, antes neutro (partículas positivas e negativas misturadas), polarize-se se dividindo em polo positivo e polo negativo. O fluido, agora, polarizado pelo campo eletromagnético, irá gerar uma corrente, que por sua vez gerará uma tensão induzida que será captada pelos eletrodos. E é a partir desta indução de voltagem que a medição ocorrerá. Sendo que após a passagem pelo campo o fluido irá tornar-se neutro novamente. Para evitar interferência inverte-se a polaridade do campo eletromagnético. Ora, os eletrodos são sensíveis à um ponto o qual são capazes de absorver a voltagem de interferência originada do meio externo. Aplicação Químicos. Altamente corrosivos. Fluidos com sólidos em suspensão. Lama. Polpa de papel. Pastas. Fertilizantes Produtos inorgânicos. Suspensões. Ácidos, Bases.  Vantagens e Desvantagens Comparado a outros medidores de vazão, o medidor magnético tem uma perda de carga muito baixa, já que não há qualquer obstrução à passagem do fluido pelo medidor. Boa exatidão e repetibilidade. Baixa perda de pressão.Para medições volumétricas, o desempenho do medidor magnético é bastante bom para a maioria das aplicações, até mesmo xaropes ou líquidos com sólidos em suspensão. Devido à diversidade de materiais disponíveis , o medidor magnético é compatível com quase todos os fluidos a serem utilizados na indústria. A maioria dos equipamentos permitem
  26. 26. 25 a medição de vazão bi-direcional. O desgaste do revestimento interno do medidor (e/ou dos eletrodos) pode ocorrer devido à utilização em aplicações abrasivas, porém, é possível reduzir em muito este desgaste, limitando-se a velocidade do fluido que passa pelo medidor em até 2 metros por segundo. Aplicabilidade limitada do fluido. Apenas líquidos condutivos podem ser medidos. A condutividade mínima requerida tipicamente é de 3 µS/cm. Isto significa que medidores magnéticos não podem ser utilizados para gases, vapor ou hidrocarbonetos. Em algumas aplicações, os eletrodos podem ser incrustados pelo fluido. Neste caso, a limpeza regular dos eletrodos sera necessária para manter o desempenho do medidor. Ao medir fluidos abrasivos, o revestimento do sensor pode ser danificado pelas partículas em suspensão. Orifícios protetivos podem ser úteis em alguns casos. Também, a redução da velocidade do fluido pode ajudar em alguns casos. Revestimentos cerâmicos estão sujeitos ao trincamento devido a alterações bruscas na temperatura do processo. MEDIDOR POR EFEITO CORIOLIS É um instrumento de grande sucesso no momento, pois tem grande aplicabilidade desde indústria alimentícia, farmacêutica, química, papel, petróleo etc. e sua medição, independem das variáveis de processo - densidade, viscosidade, condutibilidade, pressão, temperatura, perfil do fluído. Resumidamente, um medidor Coriolis possui dois componentes: tubos de sensores de medição e transmissor. Os tubos de medição são submetidos a uma oscilação e ficam vibrando na sua própria freqüência natural à baixa amplitude, quase imperceptível a olho nu. Quando um fluído qualquer é introduzido no tubo em vibração, o efeito do Coriolis se manifesta causando uma deformação, isto é, uma torção, que é captada por meio de sensores magnéticos que geram uma tensão em formato de ondas senoidais. As forças geradas pelos tubos criam uma certa oposição à passagem do fluido na sua região de entrada (região da bobina1) , e em oposição auxiliam o fluído na região de saída dos tubos O atraso entre os dois lados é diretamente proporcional à vazão mássica. Um RTD é montado no tubo, monitorando a temperatura deste, a fim de compensar as vibrações das deformações elásticas sofridas com a oscilação da temperatura.
  27. 27. 26  Aplicação O medidor de fluxo Tipo Coriolis pode ser usado em diversos casos sob diversas condições, pois, não é influenciado por mudanças de temperatura e pressão de onde está sendo retirada a medida. Por ser um medidor mássico, é tolerante a substâncias com mais de uma fase, ou com partículas em suspensão. Além disso, possui a característica de não apresentar perda de pressão do fluido, pois não precisa estrangular a passagem do mesmo pelo vaso condutor. Tem como característica uma alta precisão e alto custo de aquisição o que o torna mais indicado para aplicações mais especializadas onde for necessária uma maior confiabilidade do valor medido.  Vantagens e Desvantagens Vantagens • Controles precisos de processos e bateladas • Possibilita medir a maioria dos fluídos, multifásicos, líquidos com alta viscosidade, líquidos com certa quantidade de gás, além dos gases. • Mede sem a necessidade da compensação de pressão, densidade, temperatura e viscosidade • Trabalha com elevadas vazões e pressões Desvantagens • Baixa faixa de temperatura (-200 a 400 °C) • Perda de Carga MEDIDOR VORTEX Quando um anteparo de geometria definida é colocado de forma a obstruir parcialmente uma tubulação em que escoa um fluido, ocorre a formação de vórtices; que se desprendem alternadamente de cada lado do anteparo, como mostrado na figura abaixo. Este é um fenômeno muito conhecido e demostrado em todos os livros de mecânica dos fluidos.  Vantagens e Desvantagens Comparado a outros medidores de vazão, o medidor Vórtex tem perda de carga relativamente pequena apesar do anteparo para medição, não há qualquer obstrução ao
  28. 28. 27 fluxo no interior do equipamento. Típicas perdas de pressão quando o medidor é idêntico ao tamanho da linha é de aproximadamente 200 mbar (3 psi); selecionando um instrumento menor a perda pode chegar a 500 mbar (8 psi). Breve descrição: Medição não afetada por mudanças na densidade ou na viscosidade do fluido. Explicação: Equipamentos Vórtex medem a vazão volumétrica e ,portanto, a medição não é afetada por mudanças na densidade ou viscosidade do fluido, desde que alterações no processo não afetem o número de Reynolds, tal que o mesmo fique abaixo do limite mínimo requerido. Ampla faixa de temperature de trabalho Explicação: Devido ao seu design simples e construção em corpo único (sensor soldado diretamente no corpo do medidor, sem possibilidade de vazamentos), o medidor Vórtex pode ser usado em ampla faixa de temperatura. Equipamentos padrão podem ser utilizados em temperaturas de fluido de até 225°C (435°F), e pequenas mudanças no design resultam na possibilidade de trabalho com fluidos com temperaturas de 425°C (800°F) ou mais. A construção do medidor Vórtex é muito simples. Muitos fabricantes oferecem o sensor de medição completamente soldado ao corpo do equipamento, o que elimina a presença de selos e, dessa forma, impossibilita a existência de emissões fugitivas. Os medidores não possuem partes móveis, dessa forma não carecendo me rotina de manutenção. Desvantagens O desempenho do medidor é determinado pelo número de Reynolds do fluido no processo. O valor mínimo requerido para o bom funcionamento do Vórtex normalmente está entre 10.000 and 20.000. Números de Reynolds menores ocasionarão em um sinal de saída distorcido pois a relação sinal/ruído torna-se desfavorável. Valores maiores do número de Reynolds não afetam o desempenho do medidor. Ao medir líquidos com alta pressão de vapor, o risco de cavitação está sempre presente. Para eliminar este risco, uma pressão minima é necessária, tal que esta seja maior que a pressão de vapor do fluido. A maioria dos fabricantes dispose de formulas para calcular o valor desta pressão. Breve descrição: Rangeabilidade limitada para fluidos de alta viscosidade Explicação: Devido a restrições no número de Reynolds, um fluido com alta viscosidade tem um impacto negativo na rangeabilidade do medidor Vórtex. Quanto maior a viscosidade, menor o número de Reynolds e assim maior a possibilidade de um impacto negativo no desempenho do medidor. Viscosidades acima de 5 cP podem afetar o desempenho dos medidores Vórtex. Acima de 20 cP não utilize-se normalmente a tecnologia Vórtex de medição. MEDIDOR DE VAZÃO POR ULTRA-SOM A técnica de medição de vazão por ultra-som vem adquirindo crescente importância para a medição industrial de vazão de fluidos em tubulações fechadas. Como a medição de vazão ultra-som é feita, geralmente, sem contato com o fluido não há criação de turbulência ou perda de carga, que era causada pelos medidores de vazão como placas de orifício, entre outros. Além disso, possibilita a medição de vazão de fluidos altamente corrosivos, líquidos não condutores, líquidos viscosos . Além das vantagens já mencionadas, os medidores de vazão ultrasônicos possuem ainda: − Precisão relativamente elevada (0,5% no fim da escala) − Maior extensão da faixa de medição com saída linear.
  29. 29. 28 − Apresentam garantia elevada, pois não possuem peças móveis em contato com o fluido não sendo sujeitas a desgaste mecânico. − Possibilita medição em tubos com diâmetros que vão de 1 a 60 polegadas. − A medição é essencialmente independente da temperatura, da densidade, da viscosidade e da pressão do fluido. Entre as desvantagens podemos citar: − Custo elevado na aplicação em tubos de pequenos diâmetros. Tipos de medidores Basicamente os medidores de vazão por ultra-som podem ser divididos em dois tipos principais. − Medidores a efeito DOPPLER − Medidores por tempo de passagem Princípio de Funcionamento O medidor de vazão ultra-sônico se fundamenta no princípio da propagação de som num líquido. A noção que os pulsos de pressão sonora se propagam na água à velocidade do som vem desde os dias do primeiro desenvolvimento do sonar. Num medidor de vazão, os pulsos sonoros são gerados, em geral, por um transdutor piezoelétrico que transforma um sinal elétrico em vibração, que é transmitida no líquido como um trem de pulsos. Quando um pulso ultra-sônico é dirigido a jusante, sua velocidade é adicionada à velocidade da corrente. Quando um pulso é dirigido à montante, a velocidade do impulso no líquido é desacelerada pela velocidade da corrente. Baseado nessas informações é possível determinar a vazão de fluidos por ultra-som. Vejamos a seguir o princípio de funcionamento dos dois tipos de medidores mencionados.  Aplicação Apropriado para medir a espessura de materiais de superfície rígida como, aço, ferro, alumínio, cobre, latão, vidro, polietileno, PVC, ferro fundido cinza e ferro fundido nodular. Além disso, possibilita a medição de vazão de fluidos altamente corrosivos, líquidos não condutores, líquidos viscosos.  Vantagens e Desvantagens A técnica de medição de vazão por ultra-som vem adquirindo crescente importância para a medição industrial de vazão de fluidos em tubulações fechadas. Como a medição de vazão ultra-som é feita, geralmente, sem contato com o fluido não há criação de turbulência ou perda de carga, que era causada pelos medidores de vazão como placas de orifício, entre outros. Além disso, possibilita a medição de vazão defluidos altamente corrosivos, líquidos não condutores, líquidos viscosos .Além das vantagens já mencionadas, os medidores de vazão ultrasônicos possuem ainda: Precisão relativamente elevada (0,5% no fim da escala) Maior extensão da faixa de medição com saída linear.
  30. 30. 29 Apresentam garantia elevada, pois não possuem peças móveis em contato com o fluido não sendo sujeitas a desgaste mecânico. Possibilita medição em tubos com diâmetros que vão de 1 a 60 polegadas. A medição é essencialmente independente da temperatura, da densidade, da viscosidade e da pressão do fluido. Entre as desvantagens podemos citar: Custo elevado na aplicação em tubos de pequenos diâmetros.
  31. 31. 30 CONCLUSÃO Existem muitos tipos de medidores de Vazão de diversos tipos de principio de funcionamento, uns mais complexos e outros menos, mas para determinar a aplicação correta de um medidor de Vazão é necessário conhecer as características do fluído, instalação e condições de operação. A aplicação dos medidores de vazão é essencial porque ela controla uma importante variável e assim fazendo todo um controle de processo juntamente com outros instrumentos e a automação.
  32. 32. 31  BIBLIOGRAFIA - Instrumentação Básica II (vazão, temperatura e analítica) - CPM – Programa de Certificação do Pessoal de Manutenção- SENAI. - Medição de Vazão - ESCOLA SENAI “ANTONIO SOUZA NOSCHESE – SANTOS/SP. - Monitoramento e Controle de Processos – Programa de qualificação de operadores 2013 – Petrobras e Senai. - Medição de Vazão – Smar instrumentos Industriais. - Medidores de Vazão – Apresentação do seminário de Fentran.

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