Medição de Vazão

Vazão  

Vazão Procedimentos ou métodos para caracterização, quantificação ou visualização de fluxo são essenciais em processos que envolvam transporte de energia e massa, permitindo o seu controle ou monitoramento. Destacam-se as seguintes aplicações: A distribuição de água, gasolina ou diesel; A extração de óleo cru;

Principais métodos utilizados em medidores de fluxo

Características básicas para seleção dos principais medidores de fluxo encontrados no mercado

Em 1883, Osborne Reynolds observou experimentalmente dois tipos de escoamento em tanques. Escoamento laminar: A velocidades relativamente baixas, as partículas se movem muito regularmente, permanecendo paralelas em todas as partes.

Escoamento turbulento: A velocidades mais altas, escoamentos com fluxo não paralelos, movendo-se de forma desordenada ou aleatória. Em sua homenagem um parâmetro adimensional recebeu o nome de número de Reynolds e é básico para a compreensão do movimento ou da mecânica de fluidos, pois características dos fluxo podem ser determinada por meio desse parâmetro.

Medidores de Fluxo Baseados na Pressão Diferencial Amplamente utilizado para caracterização de fluxo. É baseado na obstrução de um determinado fluido. O fluxo é calculado pela medição da queda de pressão causada pela obstrução inserido no caminho do fluxo. Os tipos mais comuns são: Placa de Orifício Tubo Venturi Tubo Pitot Medidor do tipo Bocal

Medidores de Fluxo Baseados na Pressão Diferencial

Medidores de Fluxo Baseados na Pressão Diferencial  

A expressão considera o fluxo incompressível e que o mesmo apresente   A expressão considera o fluxo incompressível e que o mesmo apresente viscosidade desprezível. Esse é o principio básico de todos os medidores de fluxo por pressão diferencial.

A pressão diferencial pode ser medida, por exemplo, com um manômetro de mercúrio ou por medidor de pressão diferencial. Vantagens: podem ser aplicados numa grande variedade de medições, envolvendo a maioria dos gases e líquidos, inclusive fluidos com sólidos em suspensão, bem como fluídos viscosos, em uma faixa de temperatura e pressão bastante ampla; a incerteza de medição já é calculada sem a necessidade de procedimentos de calibração; são dispositivos simples, pois não apresentam partes móveis o que torna confiável; Desvantagem: a faixa limitada e a perda de pressão permanente que é produzida na tubulação.

Placa de orifício ou medidor de orifício de canto-vivo Dos muitos dispositivos inseridos numa tubulação para se criar uma pressão diferencial, o mais simples e mais comum empregado é o da placa de orifício. Apresenta porem turbulências próximas ao orifício Consiste em uma placa precisamente perfurada, e instalada perpendicularmente ao eixo de tubulação.

Esboço de uma placa de orifício instalada em uma tubulação

Placa de orifício Com leitor embutido Fotos de placas encontradas comercialmente

Placa de orifício 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, são fabricadas com aço inox, monel, latão, etc., dependendo do fluido.

Placa de orifício Vantagens Instalação fácil Construção simples Econômica Manutenção e troca simples Desvantagens Alta perda de carga Baixa faixa de medição

Placa de orifício Observar a queda de pressão relativa de escoamento ao longo do eixo do tubo

Placa de orifício Após a passagem pelo obstáculo, o fluido continua contraído até a área “veia contraída”. Se for utilizada a equação mostrada anteriormente, isso resultará em um erro, pois A2 é estritamente a área da “veia contraída” que é desconhecida. Além disso, turbulência entre essa área e a tubulação resulta na perda de energia que não foi definida no modelo matemático anterior.

Placa de orifício  

Placa de orifício  

Cd em função do número de Reynolds para placa de orifício Pg 403 - Balbinot

Placa de orifício Orifícios normalmente encontrados Concêntrico Excêntrico Segmentado (o mais tradicional)

Placa de orifício MAIOR DESVANTAGEM: É a sua limitada faixa de fluxos e sensibilidade a distúrbios ! A placa é utilizada em líquidos limpos e sujos. Apresenta precisão na ordem de 2% a 4% do fundo de escala. E seu desempenho é significativamente dependente da viscosidade do liquido. POR OUTRO LADO: custo relativamente baixo.

Tubo de Venturi ou medidor Venturi ASME de Herschel O tubo de Venturi (Herschel Venturi – 1887) É similar à placa de orifícios, mais apresenta a restrição mais suave.

Tubo de Venturi Medidor comercial do tipo tubo de Venturi

Tubo de Venturi A alteração na área da secção, ocasiona uma alteração na pressão entre a secção convergente (com ângulo de 15º a 21º ) e a “garganta”. sendo assim pode-se determinar o fluxo volumétrico (Q) por essa diferença de pressão. Após a área de restrição, o fluido atravessa um registrador de pressão na secção de saída, na qual 80% da pressão diferencial gerada pela restrição é registrada.

Tubo de Venturi

Tubo de Venturi Devido a restrição mais gradual o coeficiente de descarga é aproximadamente 0,975 (mais para baixos valores do número de Reynolds o coeficiente de descarga varia consideravelmente). Em função do seu formato suave, ele é menos sensível a erosão do que a placa de orifício, podendo ser utilizado com gases ou líquidos sujos. A desvantagem é devido ao tamanho e custo de fabricação. Devido a isso eles são utilizados em instalações complexas ou de grande fluxo.

Tipo bocal ou Bocal ASME de raio longo É formado por uma restrição com seção reta elíptica.

Tipo bocal

Cd em função do número de Reynolds para medidor do tipo bocal Pg 406 - Balbinot

Tipo bocal A pressão diferencial entre as localizações do diâmetro anterior e posterior as restrições é medida. É considerado um medidor de qualidade intermediaria entre a placa de orifício e o tubo Venturi. Seu formato é compacto. Pode ser utilizado para aplicações em que ocorram altas velocidades, altas temperaturas e fluidos sujos e abrasivos. Apresenta maior capacidade de fluxo que a placa de orifício e é mais barato que o tubo de Venturi. São utilizados para medição de fluxo de ar e gases em aplicações industriais.

The Differential Pressure Flow Measuring Principle (Orifice-Nozzle-Venturi) http://www.youtube.com/watch?v=oUd4WxjoHKY&feature=BFa&list=PL2042C11885809050

Bibliografia BALBINOT, A.; BRUSAMARELLO, V. J.; Instrumentação e fundamentos de medidas, volume 1, 2010. FIGLIOLA, R.S.; BEASLEY D.E., Teoria e Projeto para Medições Mecânicas, 4a Edição, LTC, 2007.