Vazão Medição Variável de Processo Antonio Reis O. Alves

VAZAO Introdução Definições Principais tipos de medição Medições Indiretas Medições Diretas Medições Especiais Particularidades da Malha Malha Linear e Compensada Micromotion Aplicação Medidor Magnético

Vazao

Introdução Importância do Processo de Medição e Controle. Desenvolvimento de diversas tecnologias. Grande variedade dos tipos de medidores de vazão.

Definições Vazão Volumétrica Vazão Mássica É definida como sendo a quantidade em volume que escoa através de uma certa seção em um intervalo de tempo considerado. Unidades: m3/s, m3/h, l/h, l/min; 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. Vazão Mássica É definida como sendo a quantidade em massa de um fluido que atravessa a seção de uma tubulação por unidade de tempo. Unidades: kg/s, kg/h, T/h e Lb/h.

Particularidades dos Instrumentos Todo medidor de vazão possui vantagens e limitações, para cada aplicação,há um medidor mais conveniente que outro, quando analisados os aspectos técnicos e comerciais. O tipo de medidor a ser usado irá depender do fluido, do seu estado físico (líquido ou gás), das características de precisão e confiabilidade desejadas, entre outros fatores.

Medidores Indiretos Perda de carga variável (área constante) Placa de Orifício Tubo Venturi Tubo de Pitot Perda de carga constante (área variável) Rotâmetro

Medidores Diretos Medidores tipo Deslocamento Positivo Medidores tipo Turbina

Medidores Especiais Medidor Magnético Vortex Calha Parshall Ultra-sônico Coriolis

Placa de Orifício Mais simples, de menor custo e, portanto mais empregada; Utiliza o conceito de pressão diferencial: Q=K x ΔP1/2 Consiste basicamente de uma chapa metálica, perfurada de forma precisa e calculada, a qual é instalada perpendicularmente ao eixo da tubulação entre flanges.

Tipos de Orifícios Orifício Concêntrico: utilizado para líquido, gases e vapor que não contenham sólidos em suspensão. Em fluido líquidos com possibilidade de vaporização a placa deve ter um orifício na parte superior para permitir o arraste do vapor. Em fluidos gasosos com ossibilidade de formação de condensado o furo deve ser feito na parte inferior para permitir o dreno.

Tipos de Orifícios Orifício Excêntrico: utilizado em fluido contendo sólidos em suspensão, os quais possam ser retidos e acumulados na base da placa

Tipos de Orifícios Orifício Segmental: Este tipo de placa de orifício tem a abertura para passagem do fluido disposta em forma de segmentos de círculo. É destinada para uso em fluidos em regime laminar e com alta porcentagem de sólidos em suspensão.

Tomadas de Impulso Tomadas de Flange Tomadas de Vena Contracta Tomadas de Tubulações Tomadas de Canto Tomadas tipo RADIUS/TAPS

Tubo Venturi Princípio: “Os fluidos sob pressão, na passagem através de tubos convergentes ganham velocidade e perdem pressão, ocorrendo o oposto em tubos divergentes”

Tubo Venturi Utiliza o conceito de pressão diferencial: Q=K x ΔP1/2 Apresenta pequena perda de carga Pode manusear sólidos em suspensão e medir altas vazões Possui maior precisão que a placa de orifício Alto custo e de difícil construção

Tubo de Pitot Dispositivo utilizado para medição de vazão através da velocidade detectada em um determinado ponto da Tubulação. Depende da localização do ponto de impacto.

Tubo de Pitot Maior aplicação na medição de vazão de fluidos limpos em grandes tubulações Simplicidade e facilidade na instalação Apresenta uma baixa perda de pressão Sensível a perturbações na vazão a montante: recomendação de um trecho reto de uns 20 diâmetros a montante

Rotâmetro Medidor de vazão por área variável no qual um flutuador varia sua posição dentro de um tubo cônico, proporcionalmente à vazão do fluido. Funciona com uma pressão constante.

Rotâmetro Dispositivo simples Apresenta boa rangeabilidade (escala linear) Perda de carga pequena e constante Não requer fonte de alimentação Medição imune a viscosidade Precisão ruim Apresenta apenas indicação local Só pode manipular fluidos limpos, (sujeira no vidro)

Deslocamento Positivo São medidores mecânicos aplicados para medição de totalização de vazão volumétrica ou de massa Princípio de Funcionamento: O medidor separa o liquido em volumes conhecidos, transporta-os da sua entrada para a saída, conta-os e os totaliza.

Deslocamento Positivo Tipos: Disco nutante Rotor de aletas Rotor de lóbulos Medidor de fole Apresentam boa precisão e repetibilidade Possui possibilidade de acoplamento para transmissão Perda de carga razoavelmente baixa Aceita variação de viscosidade e temperatura Não são apropriados para fluidos com impurezas ou abrasivos (manutenção frequente) Custo relativamente alto, instalação difícil Apresentam limitação de diamêtro

Tipo Turbina Um medidor de vazão tipo turbina, conforme a figura a seguir, consiste basicamente de um rotor provido de palhetas, suspenso numa corrente de fluido com seu eixo de rotação paralelo a direção do fluxo. O rotor é acionado pela passagem de fluido sobre as palhetas em ângulo; a velocidade angular do rotor é proporcional à velocidade do fluido que, por sua vez, é proporcional à vazão em volume. Uma bobina sensora na parte externa do corpo do medidor detecta o movimento do rotor.

Tipo Turbina Não se aplica para medições de fluidos abrasivos, corrosivos e de alta velocidade (risco de danificar o rotor da turbina) Alta precisão, repetibilidade e confiabilidade Rangeabilidade maior entre todos os medidores Adequada para sistemas de totalização de vazão Ideal para sistemas de mistura (blending) Apresenta custo elevado, apesar de ser de fácil instalação

Medidor Magnético Baseado na Lei de Faraday, que diz ser a força eletromotriz (milivoltagem) induzida no condutor móvel ao longo do campo magnético proporcional à velocidade do condutor. Como a velocidade do fluido é diretamente proporcional à sua vazão, pode-se medir vazão através da medição da velocidade

Medidor Magnético É de suma importância que a parede interna da tubulação não conduza eletricidade e que a parte do tubo ocupada pelo volume definido pelas bobinas não provoque distorções no campo magnético. As medições por meio de instrumentos magnéticos são independentes de propriedades do fluido, tais como a densidade, a viscosidade, a pressão, a temperatura ou mesmo o teor de sólidos O fluxo a ser medido deve ser condutor de eletricidade. O princípio de funcionamento requer sempre o tubo cheio de líquido.

Vortex É considerado um medidor de uso geral, aplicado a líquidos, vapores e gases Incorpora-se um obstáculo na passagem da vazão e são colocados sensores que percebam as ondas dos vortex e gerem um sinal em freqüência proporcional à vazão

Vortex Apresenta alta rangeabilidade Custo de instalação é pequeno Não requer manutenção e sua calibração se conserva durante longos períodos de tempo Saídas analógica e digital Aplicação comercial recente e pouco conhecida Apresenta relativa perda de carga Não é aplicável pra fluidos sujos e abrasivos, pois podem provocar erosão no obstáculo

Calha Parshall A maior parte das instalações para medição de vazão implicam medições de vazão de fluidos que circulam através de tubulações fechadas, porém existe um número de aplicações cada vez maior, que precisam a medição de vazão de água através de canais abertos A medição de vazão em canais abertos, está intimamente associada aos sistemas hidráulicos, de irrigação, tratamento de esgotos e resíduos industriais, processos industriais, etc Conhecendo-se a área de passagem do fluido bem como sua velocidade de escoamento pode-se determinar a vazão

Calha Parshall Sua aplicação principal é em sistemas de irrigação e esgoto faixa de medição varia de 0 a 2000 m3/min A perda de carga é menor do que de um vertedouro

Medidor Ultra-sônico A técnica de medição de vazão por ultra-som vem adquirindo crescente importância para a medição industrial de vazão de fluidos em tubulações fechadas. Como a medição de vazão ultra-som é feita, geralmente, sem contato com o fluido não há criação de turbulência ou perda de carga, que é causada pelos medidores de vazão como placas de orifício, entre outros. Além disso, possibilita a medição de vazão de fluidos altamente corrosivos, líquidos não condutores, líquidos viscosos

Medidor Ultra-Sônico Tipos Medidores a efeito DOPPLER: A freqüência de uma onda sofre alterações quando existe movimento relativo entre a fonte emissora e um receptor. A variação da freqüência em função da velocidade é chamada de efeito DOPPLER. Medidores por tempo de passagem:Estes medidores não são adequados para medir fluidos que contém partículas Seu funcionamento se baseia na medição da diferença de velocidade de propagação dos pulsos ultra-sônicos, quando aplicados a jusante ou a montante. Essa diferença de velocidade acarreta uma diferença de tempo na passagem dos dois sentidos. A diferença dos tempos de passagem é proporcional à velocidade do fluxo e também à vazão

Medidor Ultra-Sônico Precisão relativamente elevada (0,5% no fim da escala) Apresentam garantia elevada, pois não possuem peças móveis em contato com o fluido não sendo sujeitas a desgaste mecânico Possibilita medição em tubos com diâmetros que vão de 1 a 60 polegadas A medição é essencialmente independente da temperatura, da densidade, da viscosidade e da pressão do fluido Custo elevado na aplicação em tubos de pequenos diâmetros

Coriollis – Medidor Mássico Um medidor Coriollis possui dois componentes: tubos sensores e transmissor.

Coriollis Princípio de Funcionamento: Os tubos de medição são submetidos a uma oscilação a ficam vibrando na sua própria freqüência natural à baixa amplitude, quase imperceptível a olho nu. Quando um fluido qualquer é introduzido no tubo em vibração, o efeito coriollis se manifesta causando uma deformação, isto é, uma torção, que é captada, por meio de sensores magnéticos que geram uma tensão em formato de ondas senoidais. O atraso entre os dois lados é diretamente proporcional à vazão mássica Recomenda-se que o medidor esteja sempre cheio e não exige cuidados especiais de montagem

Particularidades da Malha Malha Linear e Compensada: A medição vazão de gás com placa de orifício e necessário conhecer o fator K, para correção da expansão térmica do gás. Cp= calor especifico a pressão constante. Cv= calor especifico a temperatura constante K=Cp/Cv Pv/t=const Numero de Reinolds V= velocidade D= diâmetro da tubulação Re<2320 Laminar Re>2320 Turbulento