aula de medição de vazão

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
Área
constante
 Tubo de pitot
Tubo venturi
Placa de orifíco
Annubar
Tubo de Dall
Área
variável
Rotâmetro
 Determinação de forma direta – fluido passante
Deslocamento
positivo
Disco nutante
Pistão flutuante
Roda ovais
Roots
Diafragma
Velocidade
do fluido
Tipo hélice
Tipo turbina

4. Outras modalidades
 Eletromagnéticos
 Vortex
 Ultrason
 Calhas Parshal
 Coriólis (fluxo mássico)
 Dissipação térmica

5. Medidores 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
p
C
v
C
K 

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
D/2
2 ½ D
Canto
8D

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

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% < placa de orifício
 Utilizável para liquido , gases e fluidos pastosos.
21° 7 a 15°
Seção transversal quadrada

12. Outras configurações de venturi
P estática
P de velcidade
Venturi intake
Duto

13. Bocal de vazão
Adequado para gás ou vapor, tem maior capacidade que as
placas de orifício. Recomendado particularmente para fluidos com
elevada velocidade.
P1
P1
P2
P2

14. Medidor centrífugo

15. Tubo de pitot
Venturi interno
Baixa
pressão
Pg
Alta
pressão
Pitot venturi
Tubo Pitot
Annubar
Tubo pitot
de média
Pd (pressão diferencial ) = Pv – Pe = P

V

 2
Aplicação:
Para gases, ou líquidos limpos.

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:
 

  c
n
 

f c
f n
c n Q Q

 



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. Duto
 Medidor de turbina
Rotor
detector
Movimento livre

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 10:1 para líquidos; 20:1 para gases.
 Necessidade de Re > 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.
Fluxo
spliter
Fluxo alternativo
Vortex
Tubo de
interconexão
dispersores Sensor

22. Circuito superior
Circuito inferior
Sensor
vibração

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
Vantagens - não intrusivo
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/transmissor, aplicando o
sinal contra ou a favor do fluxo. Nesta técnica o perfil de velocidade
afeta a precisão da medida.
Transmissor (oscilador)
Fluxo
Receptor (Timer)
L
Φ Vel. fluxo
v
V cos Φ
Interferentes:
Fluxo
ou
L
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 .
Emissor/ receptor
Emissor/ receptor
L
Ti 
C v.cos 

L- Distância entre

C
v
i T
sensor/detector
Ângulo de incidência
Vel. som no fluido
Velocidade do fluido
Tempo de condução
da onda entre o
transdutor/sensor
+
-
Sinal a favor do fluxo
Sinal contra fluxo

 cos
 
2 cos
2 2 C v
T vL

 
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
Frequência recebida
Frequência transmitida
fr
ft
 
2. .cos t
C f f
t r
f
v



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
Medidor de vazão tipo calha Calha Parshal
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.
q V A v  .
2 D
4
A


E  K.V.B.D
E
B D K
V
. .

4
.
E
.

D
K B
qv 

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

34.  Medidormássico 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.

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

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

48. Fusos paralelos

51. http://www.emersonprocess.com/Micromotion/tutor/old_tutor