07 Vazão REv Gaya 2

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QUI-08-09536 – Instrumentação de Processo
QUI-08-00995 – Instrumentação Industrial
3 – VAZÃO
Professor: MARCO GAYA
UNIVERSIDADE DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO
CTC – Centro de Tecnologia e Ciências / QUI – Instituto de Química
DOPI – Departamento de Operações e Projetos Industriais
UNIVERSIDADE DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO
CTC – Centro de Tecnologia e Ciências / QUI – Instituto de Química
DOPI – Departamento de Operações e Projetos Industriais
3 – VAZÃO
3.1 - CARACTERÍSTICAS DOS FLUIDOS
3.2 - MEDIDORES DEPRIMOGÊNIOS
3.3 - MEDIDORES LINEARES
3.4 - MEDIDORES VOLUMÉTRICOS
3.5 - MEDIÇÃO EM CANAIS ABERTOS
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INTRODUÇÃO
-- TRANSPORTES DE FLUIDOS (oleodutos, gasodutos);
-- SERVIÇOS PÚBLICOS (abastecimento, saneamento);
-- INDÚSTRIA (controle de razão, bateladas, balanço material);
VAZÃO: “quantidade de fluido que passa pela seção reta de um duto por unidade de tempo” (líquido, gás ou vapor).
	- Fluidos homogêneos;
	- Suspensões coloidais;
	- Pastas;
	- Geléias.
Vazão mássica (kg/h ou qualquer outra unidade de massa por tempo)
Vazão volumétrica (m3/h ou qualquer outra unidade de volume por tempo)
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Instrumentos de MEDIÇÃO DE VAZÃO
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INTRODUÇÃO
-- CLASSIFICAÇÃO DOS PRINCÍPIOS DE MEDIÇÃO:
T = líquidos, gases e vapor; G = gases, exclusivamente; L = líquidos, exclusivamente;
LC = líquidos condutores de eletricidade, exclusivamente;
A = não utilizado para vapores, salvo exceção; E = líquidos com sólidos em suspensão.
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3.1 – CARACTERÍSTICAS DOS FLUIDOS
-- LÍQUIDOS
	-- DENSIDADE ABSOLUTA OU RELATIVA;
			- Dependente de T e P.
	-- VISCOSIDADE ABSOLUTA (DINÂMICA) OU CINEMÁTICA;
			- Maior dependência com T.
-- GASES
	-- DENSIDADE ABSOLUTA OU RELATIVA;
			- Dependente de T e P.
	-- VISCOSIDADE ABSOLUTA (DINÂMICA) OU CINEMÁTICA;
			- Dependência com T e P.
	-- CASOS ESPECIAIS: gases úmidos, misturas de gases, gases contendo contaminantes.
REFERÊNCIAS: TABELAS, FÓRMULAS, ÁBACOS, GRÁFICOS, ETC.
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3.2 – MEDIDORES DEPRIMOGÊNIOS (PIEZOMÉTRICOS)
-- MEDIDA DE VAZÃO POR PRESSÃO DIFERENCIAL;
-- MAIS ANTIGA E UTILIZADA EM TODO O MUNDO;
-- MEDIDORES VERSÁTEIS;
-- ELEMENTO PRIMÁRIO + TRANSMISSOR DE DP + RECEPTOR;
-- TEORIA RESUMIDA:
	-- EQUAÇÃO DA CONTINUIDADE
	S1 . V1 = S2 . V2 = QV
	-- EQUAÇÃO DE BERNOULLI:
	(v1)2/2 + (P1/r) = (v2)2/2 + (P2/r)
	
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3.2 – MEDIDORES DEPRIMOGÊNIOS
3.2.1 – PLACAS DE ORIFÍCIO
As placas de orifício podem ser instaladas em tubulações de seção circular horizontais, verticais ou inclinadas. Para líquidos, a instalação vertical deve ser com o fluxo ascendente.
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3.2 – MEDIDORES DEPRIMOGÊNIOS
3.2.2 – VENTURI
NOTA: 
TUBO DE PITOT NÃO É MUITO UTILIZADO INDUSTRIALMENTE POR CONTA DA POSSIBILIDADE DE ENTUPIMENTO, FAIXA DE VELOCIDADE E SENSIBILIDADE AOS EFEITOS DE DISTRIBUIÇÃO DE VELOCIDADE
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3.3 – MEDIDORES LINEARES
-- PRODUZEM SINAL DE SAÍDA DIRETAMENTEO PROPORCIONAL À VAZÃO, COM FATOR DE PROPORCIONALIDADE CONSTANTE OU APROXIMADAMENTE CONSTANTE NA FAIXA DE MEDIÇÃO.
-- FABRICADOS EM SÉRIE. O ELEMENTO PRIMÁRIO E TRANSMISSOR SÃO GERALMENTE FORNECIDOS POR UM ÚNICO FORNECEDOR.
-- A ESCOLHA DO INSTRUMENTO É FEITA A PARTIR DE UM CATÁLOGO A PARTIR DA FAIXA DE MEDIDA MAIS ADEQUADA À APLICAÇÃO.
-- CARACATERÍSTICAS BASEADAS EM CONDIÇÕES PADRONIZADAS.
-- NEM SEMPRE É POSSÍVEL APROVEITAR INTREGALMENTE O RANGE OFERECIDO.
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3.3 – MEDIDORES LINEARES
3.3.1 – MEDIDORES DE ÁREA VARIÁVEL
	-- Oferecem uma área de passagem, função da vazão do fluido.
	-- A variação da área resulta do deslocamento de um “flutuador” em um tubo cônico (rotâmetro).
	Forças para cima: Fc = Fa (empuxo) + Fpd (pressão diferencial x área).
	Força para baixo: Fb = peso do flutuador.
	-- Leitura feita diretamente na escala marcada no tubo ou através de um acoplamento magnético.
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3.3 – MEDIDORES LINEARES
3.3.2 – MEDIDORES ELETROMAGNÉTICOS
E (volt) = B (Weber/m2) . D (m) . V (m/s)
Lei de Faraday: quando um objeto condutor se desloca num campo magnético, aparece nas suas extremidades um força eletromotriz proporcional à intensidade do campo magnético, ao seu comprimento e à velocidade de deslocamento. O movimento de um fluido condutor atravessando o campo magnético de intensidade B, com velocidade V, produz uma fem medida pelos eletrodos distantes de D em contato com o fluido.
Fluidos puros condutivos, pastas – não é afetado pela viscosidade, densidade ou turbulência
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3.3 – MEDIDORES LINEARES
3.3.3 – MEDIDORES TÉRMICOS
-- A maior parte dos medidores a efeito térmico é baseada no desequilíbrio térmico criado pela vazão de fluido a ser medido.
DT = C . r . Cp . Qv
DT = diferença de temperatura entre as extremidades da resistência.
C = constante do instrumento.
r = massa específica do fluido.
Cp = calor específico à pressão constante.
Qv = vazão volumétrica.
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3.3 – MEDIDORES LINEARES
3.3.4 – TURBINAS
	-- Rotor, provido de palhetas, é posto a girar quando há movimento do fluido. Sua instalação requer alguns cuidados.
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3.4 – MEDIDORES VOLUMÉTRICOS
-- MEDIDORES VOLUMÉTRICOS (OU MEDIDORES DE DESLOCAMENTO POSITIVO) SÃO ESSENCIALMENTE UTILIZADOS NA MEDIÇÃO DE VOLUMES AO INVÉS
DE VAZÕES (A VAZÃO PODE SER MEDIDA DE FORMA CONTÍNUA DERIVANDO MATEMATICAMENTE O VOLUME NO TEMPO).
-- O PRINCÍPIO GERAL DE FUNCIONAMENTO CONSISTE EM FORÇAR A PASSAGEM DO FLUIDO A SER MEDIDO POR CÂMARAS DE VOLUME PERFEITAMENTE DETERMINADO.
-- ETAPAS DE MEDIÇÃO
	-- Admissão do fluido na câmara;
	-- Isolamento da câmara;
	-- Escape do fluido.
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3.4 – MEDIDORES VOLUMÉTRICOS
3.4.1 - DIAFRAGMA
	-- Diafragmas (ou foles) destinam-se, principalmente, à medição de gás para consumo doméstico. Conjunto contendo, no mínimo, dois diafragmas trabalhando alternadamente.
	-- Gases limpos e secos.
	-- A capacidade mais comum é de 5m3/h.
3.4.2 - PALHETAS
	-- Os medidores de palhetas simples e deslizantes podem ser simples ou elaborados (as câmaras de medição apresentam ou não um volume constante ao longo do seu percurso).
	-- Construídas em diversos materiais.
	-- Suportam pressões ( 100 bar) e temperaturas elevadas ( 200C).
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3.4 – MEDIDORES VOLUMÉTRICOS
3.4.2 – PALHETAS (CONTINUAÇÃO)
	-- Versão mais simples: assemelha-se a uma bomba hidráulica, com rotor excêntrico, provido de palhetas pressionadas por molas contra a parte interna cilíndrica do corpo do medidor. A pressão diferencial do fluido provoca a rotação das palhetas.
	-- Versão mais elaborada: o volume das câmaras é constante, o rotor é concêntrico ao cilindro do corpo de medição. Altamente utilizados na indústria do petróleo.
	-- Suportam pressões ( 100 bar) e temperaturas elevadas ( 200C).
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3.4 – MEDIDORES VOLUMÉTRICOS
3.4.3 – ROTOR (LÓBULOS OU ENGRENAGEM)
	-- Em sua fabricação é necessário minimizar os atritos para evitar o aumento da pressão diferencial necessária ao movimento do rotor.
-- LÓBULOS: geralmente utilizados para medição de gases. Existem medidores de lóbulos com servo-comando da rotação que fazem rodar os lóbulos assim que é detectada uma pressão diferencial.
-- ENGRENAGEM: os espaços entre os dentes do mesmo são aproveitados no volume de medição.
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3.5 – MEDIÇÃO EM CANAIS ABERTOS
-- AO CONTRÁRIO DOS DEMAIS ELEMENTOS DE MEDIÇÃO DE VAZÃO, ESTES ELEMENTOS PRIMÁRIOS SÃO UTILIZADOS NA MEDIÇÃO DE LÍQUIDOS QUE ESCOAM POR GRAVIDADE E APRESENTAM UMA SUPERFÍCIE LIVRE;
-- A VAZÃO DOS SISTEMA É CORRELACIONADA COM A MEDIÇÃO DE NÍVEL ANTES E DEPOIS DO ELEMENTO PRIMÁRIO (TAMBÉM HÁ VARIAÇÃO LOCALIZADA NA VELOCIDADE DE ESCOAMENTO);
	3.5.1 - VERTEDORES
	-- Forma mais simples: entalhe retangular em uma placa vertical interposta ao fluxo de água, obrigando a elevação de nível a montante da mesma até verter a jusante pela abertura (entalhe).
	-- A medição de nível é feita por meio de um transmissor de qualquer tipo (bóia, capacitivo, resistivo, pressão diferencial, ultra-sônico, etc.)
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3.5 – MEDIÇÃO EM CANAIS ABERTOS
	3.5.1 – VERTEDORES (CONTINUAÇÃO)
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3.5 – MEDIÇÃO EM CANAIS ABERTOS
	3.5.2 – CALHAS PARSHALL
	-- Contração do escoamento produzida pelas paredes laterais ou pela elevação do fundo, ou ambos. A perda de carga chega a ser a quarta parte da perda carga de um vertedor de igual capacidade.
	-- Semelhante a um Venturi (entrada convergente, garganta e saída divergente.
	-- Duas medições de nível (hc e hs): hs é medido somente quando o seu valor é igual ou maior que 60% de hc. Neste caso haverá submersão ou afogamento e a vazão calculada deverá ser corrida.
Lc, hc (m) e Q (m3/h)
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3.5 – MEDIÇÃO EM CANAIS ABERTOS
	3.5.2 – CALHAS PARSHALL