medidores e sensores de vazão
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MEDIDORES E SENSORES DE VAZÃO
Aluno: Luís Fernando F. SilvaDisciplina: InstrumentaçãoProfessor: Sigeo Kitatani Jr.
Goiânia, junho/2014
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HISTÓRICO
• Leonardo da Vinci (séc. XVI)– A quantidade de água escoando em um rio é
constante• Daniel Bernoulli (séc. XVIII)– Princípio fundamental da hidrodinâmica
• Henri Pitot (séc. XVIII)– Tubo de Pitot
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INTRODUÇÃO
• VAZÃO: quantidade de um fluido que passa num determinado ponto de uma tubulação por unidade de tempo– Volumétrica (m³/h, l/s, etc.)– Mássica (ton/h, kg/s, etc.)
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INTRODUÇÃO
• Objetivos da medição de vazão na indústria:– Acompanhar a proporção de materiais
introduzidos em algum processo– Determinar a quantidade de produtos elaborados
em um processo– Determinar quantidades por razões de ordem
econômica
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INTRODUÇÃO
• Exemplo: Gasoduto Bolívia-Brasil– Transporte de até 30 milhões m³/dia de gás natural– Um erro sistemático de 1% em um medidor
Prejuízo de US$ 150000/dia
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INTRODUÇÃO
• Medidores indiretos• Fortes interação com:– Fluido• Condições de operação definidas
– Geometria da tubulação
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INTRODUÇÃO
• Tipos de instrumentos:– Pressão diferencial (restrição de área)– Rotâmetro (área variável)– Turbina– Sensor óptico– Magnético– Ultra-som/Doppler– Efeito Coriolis– Medidor tipo vortex– Sensor térmico (anemômetro de fio quente)– Deslocamento positivo
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PRESSÃO DIFERENCIAL
Obstáculo numa
tubulação
Queda de pressão
Relação com a vazão
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PRESSÃO DIFERENCIAL
• Tipo mais usado
• Tipos de obstáculos– Placa de orifício– Tubo de Venturi– Bocal– Tubo de Pitot
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Placa de orifício
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Placa de orifício
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Placa de orifício
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Placa de orifício
VANTAGENS
• Fácil instalação• Construção simples• Manutenção E
troca de peças simples
• Baixo custo
DESVANTAGENS
• Alta perda de carga (de 40 a 80% da pressão diferencial gerada)
• Baixa rangeabilidade (largura de faixa)
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Tubo de Venturi
• Perda de carga chega a 10%• Recomendado para fluidos com sólidos em
suspensão, viscosos ou grandes vazões
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Tubo de Venturi
• Desvantagens:– Alto custo– Grandes dimensões– Impossibilidade de permutas
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Bocal
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Bocal
• Usados na determinação da vazão de vapor ou de fluidos contendo sólidos em suspensão
• Vantagens:– Perda de carga muito baixa– Dimensões reduzidas em relação ao tubo de
Venturi
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Tubo de Pitot
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Tubo de Pitot
• Medição direta da diferença de pressão
•
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Sensor de pressão diferencial capacitivo
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• Se deflexão causada por Δp < d/4 → Δp Δd
Sensor de pressão diferencial capacitivo
𝐶𝐿−𝐶𝐻𝐶𝐿+𝐶𝐻
=2∆ 𝑑𝑑
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ROTÂMETRO
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ROTÂMETRO
• Tubulação com área da seção variável• Presença de um flutuador– Posição varia proporcionalmente à vazão do fluido
• Baixas pressões: tubo de vidro ou acrílico• Altas pressões: tubo metálico
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TURBINA
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TURBINA
• Usado somente para líquidos
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SENSOR ÓPTICO
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MAGNÉTICO
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MAGNÉTICO
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MAGNÉTICO
VANTAGENS
• Método mais flexível• Perda de carga
equivalente ao trecho da tubulação
• Virtualmente insensível à densidade e viscosidade do fluido
DESVANTAGENS
• O fluido deve ser condutor elétrico
• Fluido com propriedades magnéticas → erro na medição
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ULTRA-SÔNICOS
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ULTRA-SÔNICOS
• Formas de aplicação:– Efeito Doppler– Tempo de trânsito
• Podem ser usados em praticamente todos os líquidos industriais
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ULTRA-SÔNICOS
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Tempo de trânsito
• Próprios para fluidos “limpos”
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Tempo de trânsito
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Efeito Doppler
Emissão de ondas
Partículas em movimento
Ondas refletidas com aparente variação de f
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Efeito Doppler
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Efeito Doppler
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EFEITO CORIOLIS
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EFEITO CORIOLIS
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• Massa específica do fluido determinada por • Limitações– Funciona adequadamente apenas para fluidos
homogêneos– Tubulações de 6”– Alto custo– Limites de pressão e temperatura– Alta perda de carga
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MEDIDOR TIPO VORTEX
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SENSOR TÉRMICO
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SENSOR TÉRMICO
h=𝑎+𝑏𝑉 𝑐
Lei de King
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DESLOCAMENTO POSITIVO
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DESLOCAMENTO POSITIVO
• Mede a vazão de forma direta• Mede o volume total• Exemplos:– Pistão– Registro rotativo– Engrenagens– Hidrômetros domésticos (disco Nutante)– etc
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Engrenagens ovais
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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
CONCEIÇÃO, Edcarlo da. Apostila de Instrumentação Industrial. Tubarão: UNISUL, 2005.
DOEBELIN, E. O. Measurement Systems: application and design. 4th ed. New York: McGrw-Hill, 1990.
SCHNEIDER, P. Medição de Vazão e Velocidade de Fluidos. Porto Alegre: UFRGS, 2000.
THOMAZINI, D.; DE ALBUQUERQUE, P. U. B. Sensores Industriais: Fundamentos e Aplicações. 5. ed. Ed. Érica, 2012.
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