O documento descreve diversos métodos e instrumentos para medição de vazão de líquidos e gases, incluindo: (1) medição volumétrica e mássica, (2) medidores de quantidade e volumétricos, (3) medição por pressão diferencial utilizando placas de orifício, tubos Venturi e tubos Pitot, (4) medidores magnéticos, de turbina, Coriolis e ultrassônicos. Fornece detalhes técnicos sobre o princípio de funcionamento e aplicações de cada método.

1. Vazão

2. A medição de vazão inclui, no seu sentido mais amplo, a determinação da quantidade de líquidos, gases e sólidos que passa por um local específico na unidade de tempo; podem também ser incluídos os instrumentos que indicam a quantidade total movimentada, num intervalo de tempo. 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 dessas unidades, 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. Vazão Volumétrica É definida como sendo a quantidade em volume que escoa através de uma certa seção em um intervalo de tempo considerado. É representado pela letra Q e expressa pela seguinte equação: Q = V/t Onde: V = volume e t = tempo Unidades de Vazão Volumétricas As unidades de vazão volumétricas mais utilizadas são: m 3 /s, m 3 /h, l/h, l/min GPM, Nm 3 /h e SCFM. Na medição de vazão volumétrica é importante referenciar as condições básicas de pressão e temperatura, principalmente para gases e vapor pois o volume de uma substância depende da pressão e temperatura a que está submetido.

4. Vazão Mássica É definida como sendo a quantidade em massa de um fluido que atravessa a seção de uma tubulação por unidade de tempo. É representada pela letra Qm e expressa pela seguinte equação: Qm = m/t Onde: m = massa t = tempo Unidades de Vazão Mássica As unidades de vazão mássica mais utilizadas são: kg/s, kg/h, T/h e Lb/h.

6. Tipos de medidores de vazão Existem dois tipos de medidores de vazão: os de quantidade e os volumétricos. Medidores de quantidade São aqueles que, a qualquer instante, permitem saber a quantidade de fluxo que passou, mas não a vazão do fluxo que está passando, como por exemplo as bombas de gasolina, os hidrômetros, as balanças industriais. Medidores de quantidade por pesagem São as balanças industriais, utilizadas para medição de sólidos. Medidores de quantidade volumétrica São aqueles que o fluido, ao passar em quantidades sucessivas pelo mecanismo de medição, aciona o mecanismo de indicação. Estes medidores são utilizados como elementos primários das bombas de gasolina e dos hidrômetros, como por exemplo os da abaixo: disco nutante, tipo pistão rotativo, tipo pás giratórias, tipo engrenagem etc.

8. Medidores volumétricos São aqueles que exprimem a vazão por unidade de tempo. Medição de vazão por pressão diferencial A pressão diferencial é produzida por vários tipos de elementos primários, colocados nas tubulações de forma tal que o fluido passe através deles. A sua função é aumentar a velocidade do fluido, 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.

10. De todos os elementos primários inseridos em uma tubulação para gerar uma pressão diferencial e assim efetuar medição de vazão, a placa de orifício é a mais simples, de menor custo e portanto a mais empregada. Consiste basicamente de uma chapa metálica, perfurada de forma precisa e calculada, a qual é instalada perpendicularmente ao eixo da tubulação entre flanges. Sua espessura varia em função do diâmetro da tubulação e da pressão da linha. Medição de Vazão por Placa de Orifício

12. O diâmetro do orifício é calculado de modo que seja o mais preciso possível, e suas dimensões sejam suficientes para produzir à máxima vazão uma pressão diferencial máxima adequada. As placas de orifício são costumeiramente fabricadas com aço inoxidável, monel, latão, etc. A escolha depende da natureza do fluido a medir. Vantagens da Placa: Instalação fácil, Econômica , Construção simples e de fácil manutenção. Desvantagem da Placa: Alta perda de carga

13. Orifício Concêntrico: para líquidos, gases e vapor que não contenham sólidos em suspensão Orifício excêntrico: Utilizada quando tivermos fluido com partículas em suspensão, os quais possam ser retidos e acumulados na base da placa, sendo o orifício posicionado na parte de baixo do tubo Orifício segmental: Tem abertura para passagem de fluido disposta em forma de segmento de círculo. È destinada para uso em fluidos laminados e com alta porcentagem de sólidos em suspensão.

14. Tipos de Contorno do Orifício: Orifício com bordo quadrado: Sua superfície forma um ângulo de 90° com ambas as faces da placa, é empregado em tubulações maiores que 6”. Orifício com bordo arredondado: É utilizado para fluidos altamente viscosos. Orifício com bordo quadrado e face da jusante em ângulo de 45°: É de uso geral. O chanfro na face jusante serve para diminuir a turbulência e seu ângulo por variar de 30 a 45°.

18. 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.

19. TUBO VENTURI A recuperação de pressão em um tubo Venturi é bastante eficiente, 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.

20. 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. Medição de Vazão por Tubo Pitot

22. Medição de Vazão por 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 . Ideal para medição de gás e vapor numa variedade de industrias, tais como: Produção de óleo e gás, refinaria, petroquímica, Energia, utilidades, papel e celulose.

23. 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: 1) 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. 2) No interior do tubo cônico teremos um flutuador que se moverá verticalmente, em função da vazão medida.

25. 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.

26. Medidor de Vazão por magnetismo 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.” B  Densidade do fluxo magnético [ weber/m 2 ] D  Distância entre os eletrodos [m] V  Velocidade do fluxo [m/s] E  Tensão induzida [Volts]

28. Caracteristica: O fluido a ser medido deve ser condutor de eletricidade; Utilizado somente para medição de vazão em liquidos; A parede interna da tubulação deve apresentar isolação eletrica; A medição é indepedente das propriedades do fluido; Mede vazão nos dois sentidos; Mede a vazão volumétrica;

30. Medidor tipo turbina Na Figura abaixo apresentamos esse medidor, que é constituído por um rotor montado axialmente na tubulação. O rotor é provido de aletas que o fazem girar quando passa um fluido na tubulação do processo. Uma bobina captadora com um ímã permanente é montada externamente à trajetória do fluido. Quando este se movimenta através do tubo, o rotor gira a uma velocidade determinada pela velocidade do fluido e pelo ângulo das lâminas do rotor. À medida que cada lâmina passa diante da bobina e do ímã, ocorre uma variação da relutância do circuito magnético e no fluxo magnético total a que está submetida a bobina. Verifica-se então a indução de um ciclo de tensão alternada .

31. Medidor tipo coriolis A tecnologia Coriolis oferece muitas vantagens sobre as tecnologias tradicionais de medição volumétricas, tanto para líquidos como para gases. Medição de múltiplas variáveis: Taxa de vazão mássica Taxa de vazão volumétrica Densidade Temperatura Alta precisão (+/-0.1%) e repetibilidade que significa melhoria na qualidade dos produtos e redução de desperdícios. Fácil instalação porque não exige montagem especial, nem condicionamento da vazão e nem trechos retos são requisitados. Baixa manutenção por não ter partes móveis

33. Coriolis _ Principio de operação Vibração do tubo: O fluido do processo é dividido em duas partes, cada parte passando por um dos tubos do medidor Coriolis. Durante o funcionamento, uma bobina pressa a um dos tubos recebe pulsos que fazem os tubos oscilarem para cima e para baixo, em oposição de um em relação ao outro.

34. Coriolis _ Principio de operação Geração do Sinal: O conjunto imã-bobina, chamado de pick-offs, são montados nos tubos. As bobinas são montadas de um lado do tubo e os imãs são montados no tubo oposto. Cada bobina movimenta-se através do campo magnético uniforme do imã adjacente. A voltagem gerada em cada bobina (pickoff) produz um sinal senoidal. O sinal senoidal é produzido devido ao movimento relativo de um tubo em relação ao outro.

35. Coriolis _ Principio de operação Sem vazão : Os tubos oscilam 180 graus de um em relação ao outro, quando um tubo move-se para baixo o outro move-se para cima e vice-versa. Ambas as bobinas Pickoffs – uma no lado de entrada e outra no lado de saida do tubo – geram uma onda senoidal de corrente continuamente quando os tubos estão vibrando. Quando não há vazão, as ondas senoidais estão em fase.

36. Coriolis _ Principio de operação Sem vazão : Sem efeito Coriolis Sem vazão, não há o efeito Coriolis e as ondas senoidais produzidas estão em fase uma com a outra .

37. Coriolis _ Principio de operação Com vazão : Efeito Coriolis Quando o fluido passa pelos tubos sensores, a Força de Coriolis são induzidas. Esta força faz com que os tubos se encurvem um em oposição ao outro. Quando um tubo esta se movendo para cima durante metade do ciclo de vibração, o fluido circulante no interior do tubo se opôe ao movimento pressionando o tubo para baixo. Tendo o momento ascendente do tubo passado pela curva, o fluido saindo do sensor resiste tendo este movimento vertical reduzido. Isto causa o encurvamento do tubo.

38. Coriolis _ Principio de operação Vazão - Delta-T: Como resultado do encurvamento dos tubos, as ondas senoidais geradas pelas bobinas de pickoffs estão agora fora de fase porque o lado de entrada fica atrasado em relação ao lado de saida. A diferença de tempo entre as ondas senoidais é medida em microsegundos e é chamada de Delta-T. O Delta-T é diretamente proporcional à taxa de fluxo de massa. Um grande Delta-T significa uma grande quantidade de massa circulando.

39. Vantagens: Não produz queda de pressão Ampla rangebilidade ( 50:1) Fluxo bi-direcional Sem partes móveis Baixo custo de manutenção Insensível à contaminação Aplicações Medição para transferência de custódia (modelo com 3 ou 5 paths) Controle de compressores de gás Plantas de processamento de gás Estações de medição e regulação Termelétricas a gás Medidor de Vazão por ultra som

40. Medidor de Vazão por ultra-som