Aula - Medição de vazão

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Aula - Medição de vazão

  1. 1. Medidores de vazão
  2. 2. Objetivo Controlar no processo quantidades totais ou parciais de reagentes ou produtos ao longo do tempo de operação Balanço de massa como também de energia. Modalidade : vazão mássica Kg/h volumétrica m3/h Unidades frequentemente empregadas  Gases - Volume (condição padrão ex. 14,7 psig e 60 oF, (SCFM).  Científica Nm3/min  Técnicas Kgf/cm2 a 20o C
  3. 3. Tipos de medidores.  Determinação de forma indireta – Inferida através da perda de carga – Piezométricos Área constante  Tubo de pitot Tubo venturi Placa de orifíco Annubar Tubo de Dall Área variável Rotâmetro  Determinação de forma direta – fluido passante Deslocamento positivo Disco nutante Pistão flutuante Roda ovais Roots Diafragma Velocidade do fluido Tipo hélice Tipo turbina
  4. 4. Outras modalidades  Eletromagnéticos  Vortex  Ultrason  Calhas Parshal  Coriólis (fluxo mássico)  Dissipação térmica
  5. 5. Medidores 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 p C v C K 
  6. 6.  Medidores de placa de orifício Problemas interferentes na tomada de medidas de vazão  Turbilhonamento - Correção - uso de alinhadores  Pulsação – Origem: saída de compressor, cavitação de bombas, fluido bifásicos, etc  Variação de densidade – mais crítico para gases
  7. 7. 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 D/2 2 ½ D Canto 8D
  8. 8. 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 Dados importantes nas placas de orifício: Razão d /D = 0,20 a 0,75 ( razão beta ) Tipos de placas de orifício - quanto à área de passagem
  9. 9. Variantes construtivas Seção anelar variável P1 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.
  10. 10. 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
  11. 11. Outras configurações de venturi P estática P de velcidade Venturi intake Duto
  12. 12. 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 P2 P2
  13. 13. Medidor centrífugo
  14. 14. Tubo de pitot Venturi interno Baixa pressão Pg Alta pressão Pitot venturi Tubo Pitot Annubar Tubo pitot de média Pd (pressão diferencial ) = Pv – Pe = P  V   2 Aplicação: Para gases, ou líquidos limpos.
  15. 15. 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 Equação para calibração:      c n    f c f n c n Q Q       Onde: Q, vazão volumétrica; , massa específica; f, flutuador c, condição de operação; n, condição de calibração.
  16. 16. 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
  17. 17. Duto  Medidor de turbina Rotor detector Movimento livre
  18. 18.  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.
  19. 19. Características  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. Descrição do fenômeno 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.
  20. 20.  Medidor por Turbilhonamento 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. Fluxo spliter Fluxo alternativo Vortex Tubo de interconexão dispersores Sensor
  21. 21. Circuito superior Circuito inferior Sensor vibração
  22. 22. Medidores de deslocamento São medidores ( normalmente totalizadores ) que funcionam pelo aprisionamento temporário de um discreto e preciso volume do fluido. Disco nutante
  23. 23. Medidores por ultrasom Determinam o tempo de percurso (caminho) de uma onda através de um fluido em movimento Vmedida = C  V , onde : C = velocidade do sinal emitido Vantagens - não intrusivo V = velocidade do fluido Baixa manutenção Fluidos corrosivos Pastosos* Limites amplos de temperatura Fácil instalação*
  24. 24. Tipos por Modalidade de Operação  Com base no tempo de resposta da onda transmitida. 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. Transmissor (oscilador) Fluxo Receptor (Timer) L Φ Vel. fluxo v V cos Φ Interferentes: Fluxo ou L Bolhas, vórtices (difusão), temperatura (interfere na velocidade de propagação do som).
  25. 25.  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 L Ti  C v.cos   L- Distância entre  C v i T 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   cos   2 cos 2 2 C v T vL    Vantagens:
  26. 26. 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   2. .cos t C f f t r f v  
  27. 27.  Medidores tipo calhas Empregados para medida de vazão de fluxo em canais abertos 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. Tipo Vertedouros – Entalhes que podem ser retangulares, trapezoidais ou calhas em “V  Calhas Parshall.
  28. 28. Vista em planta Medidor de vazão tipo calha Calha Parshal Corte lateral
  29. 29.  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. q V A v  . 2 D 4 A   E  K.V.B.D E B D K V . .  4 . E .  D K B qv 
  30. 30.  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
  31. 31.  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. . 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.
  32. 32. Vantagens:  Usados para qualquer tipo de fluido: gases, líquidos, vapor Amplo espectro de temperatura Sem peças móveis Disponíveis desde 0,5” Passível de atender a amplo range, bastando substituir a placa Fluxo nos dois sentidos Diferentes materiais de onstrução Desvantagem Necessidade de calibração no campo A força sobre a placa é expressa por: F = cd ρ v2 At / 2 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)
  33. 33.  Medidormássico por Coriolis baseiam-se no fenômeno físico relacionado à força de Coriolis 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.
  34. 34. Outras modalidades de medidores volumétricos Pistão semi-oscilante Pistões alternantes Pás girantes Pás deslisantes Pistões radiais Gás umido Diafragma Cilindro e pistão
  35. 35. Tipos de alinhadores de fluxo Tipo estrela Tipo Zanker Mitsubishi Gallengher Tipo Colméia, etc
  36. 36. Medidor de vazão de diafragma Emprego : gases
  37. 37. Medidor de vazão – Selo de água (gás unido)
  38. 38. Eletrotérmico
  39. 39. Pistão deslizante
  40. 40. Pistão oscilante
  41. 41. Pistão radial
  42. 42. Medidor de vazão de engrenagem
  43. 43. Fusos paralelos
  44. 44. http://www.emersonprocess.com/Micromotion/tutor/old_tutor

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