Medidores de vaz

1
Medidores de vazão
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
Tipos de medidores.

• Determinação de forma indireta
• Inferida através da perda de carga
  Piezométricos

• Tubo de pitot
• Tubo venturi
• Placa de orifíco
• Annubar
• Tubo de Dall

Área constante
Área variável

• Rotâmetro

• Determinação de forma direta fluido passante

• Disco nutante
• Pistão flutuante
• Roda ovais
• Roots
• Diafragma

Deslocamento positivo
Velocidade do fluido

• Tipo hélice
• Tipo turbina

4

• Eletromagnéticos
• Vortex
• Ultrason
• Calhas Parshal
• Coriólis (fluxo mássico)
• Dissipação térmica

Outras modalidades
5
Medidore s 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

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
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/2
2 ½ D
D
8D
Canto
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
(No Transcript)
10
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.
11
Tubo de Venturi

• Características
• Precisão na ordem de 0,5
• Pequena AP. 50 lt placa de orifício
• Utilizável para liquido , gases e fluidos
  pastosos.

21
7 a 15
Seção transversal quadrada
12
Outras configurações de venturi
Venturi intake
Duto
P estática
P de velcidade
13
Bocal de vazão
Adequado para gás ou vapor, tem maior capacidade
que as placas de orifício. Recomendado
particularmente para fluidos com elevada
velocidade.
14
Medidor centrífugo
15
Pd (pressão diferencial ) Pv Pe ?P
Tubo de pitot
Aplicação Para gases, ou líquidos limpos.
Annubar
Tubo Pitot
Baixa pressão
Venturi interno
Alta pressão
Tubo pitot de média
Pitot venturi
16
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

• Onde
• Q, vazão volumétrica
• , massa específica
• f, flutuador
• c, condição de operação
• n, condição de calibração.
• 
  

17
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
18

• Medidor de turbina

19

• 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.

20
Características

• Precisão de até 0,75
• Range de operação 101 para líquidos 201 para
  gases.
• Necessidade de Re gt 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.
21

• 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.
Sensor
dispersores
Fluxo
spliter
Vortex
Tubo de interconexão
Fluxo alternativo
22
Sensor
Circuito superior
vibração
Circuito inferior
23
Medidores de deslocamento
São medidores ( normalmente totalizadores ) que
funcionam pelo aprisionamento temporário de um
discreto e preciso volume do fluido.
Disco nutante
24
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
V velocidade do fluido
Baixa manutenção Fluidos corrosivos
Pastosos Limites amplos de temperatura Fácil
instalação
25
Tipos por Modalidade de Operação

• Com base no tempo de resposta da onda
  transmitida.

Normalmente aplica-se um único detector/transmisso
r, aplicando o sinal contra ou a favor do fluxo.
Nesta técnica o perfil de velocidade afeta a
precisão da medida.
Transmissor (oscilador)
v
F
Vel. fluxo
Fluxo
Fluxo
L
V cos F
ou
L
Receptor (Timer)
Interferentes Bolhas, vórtices (difusão),
temperatura (interfere na velocidade de
propagação do som).
26

• 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 .
- Distância entre sensor/detector
Emissor/ receptor
Ângulo de incidência
Vel. som no fluido

Sinal a favor do fluxo
-
Velocidade do fluido
Sinal contra fluxo
Tempo de condução da onda entre o
transdutor/sensor
Emissor/ receptor
Vantagens
27

• 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
fr
Frequência recebida
ft
Frequência transmitida
28

• 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.

29
Vista em planta
Calha Parshal
Medidor de vazão tipo calha
Corte lateral
30

• 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.
31

• 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
32

• 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.
33

• 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 ? v2 At / 2
F força sobre a placa (N) cd coeficiente de
forma da placa (dado do instrumento) empírico ?
densidade do fluido (kg/m3) v velocidade do
fluido (m/s) At Área da placa (m2)
34

• Medidor mássico 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.
35
(No Transcript)
36
Outras modalidades de medidores
volumétricos Pistão semi-oscilante Pistões
alternantes Pás girantes Pás deslisantes Pistões
radiais Gás umido Diafragma Cilindro e pistão
37
Tipos de alinhadores de fluxo Tipo estrela Tipo
Zanker Mitsubishi Gallengher Tipo Colméia, etc
38
Medidor de vazão de diafragma Emprego gases
39
(No Transcript)
40
(No Transcript)
41
Medidor de vazão Selo de água (gás unido)
42
Eletrotérmico
43
Pistão deslizante
44
Pistão oscilante
45
Pistão radial
46
Medidor de vazão de engrenagem
47
(No Transcript)
48
Fusos paralelos
49
(No Transcript)
50
(No Transcript)
51
http//www.emersonprocess.com/Micromotion/tutor/ol
d_tutor