Transcript Capítulo 7 Medição de Vazão - Laboratório de Metrologia

Medição de Vazão
Vazão
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Vazão
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Procedimentos ou métodos para
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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
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.
Placa de orifício
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
Placa de orifício
Cd em função do número de Reynolds para placa de orifício
Pg 403 - Balbinot
Placa de orifício
Orifícios normalmente encontrados
Concêntrico
(o mais tradicional)
Excêntrico
Segmentado
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
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&fea
ture=BFa&list=PL2042C11885809050
Bibliografia
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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.