Vazão Importante Variável de Processo

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



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, transportaos 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
 cons tan te
 Pv/t=const
T

Numero de Reinolds




V= velocidade
D= diâmetro da tubulação
Re<2320 Laminar
Re>2320 Turbulento
Re 
VD

  viscos idade