Medidores e sensores de vazão
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Medidores e sensores de vazão
- 1. MEDIDORES E SENSORES DE VAZÃO Aluno: Luís Fernando F. Silva Disciplina: Instrumentação Professor: Sigeo Kitatani Jr. Goiânia, junho/2014 1
- 2. HISTÓRICO • Leonardo da Vinci (séc. XVI) – A quantidade de água escoando em um rio é constante • Daniel Bernoulli (séc. XVIII) – Princípio fundamental da hidrodinâmica • Henri Pitot (séc. XVIII) – Tubo de Pitot 2
- 3. INTRODUÇÃO • VAZÃO: quantidade de um fluido que passa num determinado ponto de uma tubulação por unidade de tempo – Volumétrica (m³/h, l/s, etc.) – Mássica (ton/h, kg/s, etc.) 3
- 4. INTRODUÇÃO • Objetivos da medição de vazão na indústria: – Acompanhar a proporção de materiais introduzidos em algum processo – Determinar a quantidade de produtos elaborados em um processo – Determinar quantidades por razões de ordem econômica 4
- 5. INTRODUÇÃO • Exemplo: Gasoduto Bolívia-Brasil – Transporte de até 30 milhões m³/dia de gás natural – Um erro sistemático de 1% em um medidor Prejuízo de US$ 150000/dia 5
- 6. INTRODUÇÃO • Medidores indiretos • Fortes interação com: – Fluido • Condições de operação definidas – Geometria da tubulação 6
- 7. INTRODUÇÃO • Tipos de instrumentos: – Pressão diferencial (restrição de área) – Rotâmetro (área variável) – Turbina – Sensor óptico – Magnético – Ultra-som/Doppler – Efeito Coriolis – Medidor tipo vortex – Sensor térmico (anemômetro de fio quente) – Deslocamento positivo 7
- 9. PRESSÃO DIFERENCIAL • Tipo mais usado • 𝑄 ∝ ∆𝑝 • Tipos de obstáculos – Placa de orifício – Tubo de Venturi – Bocal – Tubo de Pitot 9
- 13. Placa de orifício VANTAGENS • Fácil instalação • Construção simples • Manutenção E troca de peças simples • Baixo custo DESVANTAGENS • Alta perda de carga (de 40 a 80% da pressão diferencial gerada) • Baixa rangeabilidade (largura de faixa) 13
- 14. Tubo de Venturi • Perda de carga chega a 10% • Recomendado para fluidos com sólidos em suspensão, viscosos ou grandes vazões 14
- 15. Tubo de Venturi • Desvantagens: – Alto custo – Grandes dimensões – Impossibilidade de permutas 15
- 16. Bocal 16
- 17. Bocal • Usados na determinação da vazão de vapor ou de fluidos contendo sólidos em suspensão • Vantagens: – Perda de carga muito baixa – Dimensões reduzidas em relação ao tubo de Venturi 17
- 18. Tubo de Pitot 18
- 19. Tubo de Pitot • Medição direta da diferença de pressão • 𝑉 = 2𝑔ℎ = 2∆𝑝 𝜌 𝑄 = 𝑉𝐴 19
- 20. Sensor de pressão diferencial capacitivo 20
- 21. • 𝐶 = 𝜀 𝐴 𝑑 → 𝐶𝐻 = 𝜀 𝐴 𝑑 2 +∆𝑑 e 𝐶𝐿 = 𝜀 𝐴 𝑑 2 −∆𝑑 • Se deflexão causada por Δp < d/4 → Δp ∝ Δd Sensor de pressão diferencial capacitivo 𝐶𝐿 − 𝐶𝐻 𝐶𝐿 + 𝐶𝐻 = 2 ∆𝑑 𝑑 21
- 22. ROTÂMETRO 22
- 23. ROTÂMETRO • Tubulação com área da seção variável • Presença de um flutuador – Posição varia proporcionalmente à vazão do fluido • Baixas pressões: tubo de vidro ou acrílico • Altas pressões: tubo metálico 23
- 24. TURBINA 24
- 25. TURBINA • Usado somente para líquidos • 𝑓 ∝ 𝑉𝑙í𝑞 ∝ 𝑄 25
- 26. SENSOR ÓPTICO 26
- 27. MAGNÉTICO 27
- 29. MAGNÉTICO VANTAGENS • Método mais flexível • Perda de carga equivalente ao trecho da tubulação • Virtualmente insensível à densidade e viscosidade do fluido DESVANTAGENS • O fluido deve ser condutor elétrico • Fluido com propriedades magnéticas → erro na medição 29
- 30. ULTRA-SÔNICOS 30
- 31. ULTRA-SÔNICOS • Formas de aplicação: – Efeito Doppler – Tempo de trânsito • Podem ser usados em praticamente todos os líquidos industriais 31
- 32. ULTRA-SÔNICOS 32
- 33. Tempo de trânsito • Próprios para fluidos “limpos” 𝑉 = 𝑐²∆𝑡 2𝑑 𝑄 = 𝑉𝐴 33
- 35. Efeito Doppler • ∆𝑓 ∝ 𝑉 ∝ 𝑄 Emissão de ondas Partículas em movimento Ondas refletidas com aparente variação de f 35
- 40. • Massa específica do fluido determinada por 𝜔 𝑛 • Limitações – Funciona adequadamente apenas para fluidos homogêneos – Tubulações de 6” – Alto custo – Limites de pressão e temperatura – Alta perda de carga 40
- 41. MEDIDOR TIPO VORTEX • 𝑅𝑒 ≈ 104 → número de vórtices ∝ V 41
- 43. SENSOR TÉRMICO 𝑃𝑒𝑙 = 𝑞 𝑐𝑜𝑛𝑣 𝑖²𝑅 𝑤 = ℎ𝐴(𝑇 𝑤 − 𝑇𝑓) ℎ = 𝑖²𝑅 𝑤 𝐴(𝑇 𝑤 − 𝑇𝑓) ℎ = 𝑎 + 𝑏𝑉 𝑐 43 Lei de King
- 45. DESLOCAMENTO POSITIVO • Mede a vazão de forma direta • Mede o volume total • Exemplos: – Pistão – Registro rotativo – Engrenagens – Hidrômetros domésticos (disco Nutante) – etc 45
- 47. 47
- 48. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS CONCEIÇÃO, Edcarlo da. Apostila de Instrumentação Industrial. Tubarão: UNISUL, 2005. DOEBELIN, E. O. Measurement Systems: application and design. 4th ed. New York: McGrw-Hill, 1990. SCHNEIDER, P. Medição de Vazão e Velocidade de Fluidos. Porto Alegre: UFRGS, 2000. THOMAZINI, D.; DE ALBUQUERQUE, P. U. B. Sensores Industriais: Fundamentos e Aplicações. 5. ed. Ed. Érica, 2012. 48
- 49. 49