Aula 8 vazão

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Centro Universitário FIEO
Curso de Engenharia de Controle e Automação
Disciplina: Instrumentação e medidas
 Aula: 07
Tema: Medição de vazão
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Introdução
A medida da vazão é tão importante quanto a medida do consumo de energia elétrica, para fins contábeis e para verificação do rendimento do processo.
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Introdução
Vazão é a quantidade volumétrica ou gravimétrica de um fluido que escoa por um duto em unidade de tempo considerado.
A vazão volumétrica é a quantidade de volume de um fluido que escoa por um duto em unidade de tempo considerada. é expressa em unidades tais como: metros cúbicos/hora ou litros/minuto.
Multiplicando essas unidades pela densidade do fluido, obtêm-se as unidades da vazão gravimétrica correspondente, por exemplo: toneladas/hora ou quilogramas/minuto.
Vazão Gravimétrica é a quantidade de massa de um fluido que escoa por um duto em unidade de tempo considerada
A medição de vazão é a única que deve ser feita em movimento, ao passo que todas as outras medições, como as de pressão, de temperatura e de nível podem ser feitas em fluídos no estado estático.
Para medir a vazão, na maioria dos casos, deve-se colocar algum obstáculo ao fluxo na tubulação, o que irá provocar perturbação no mesmo, causando perdas de carga.
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Transdutores de fluxo
São sensores para medição de vazão. 
 Q (m3/s) = V (m/s) . A (m2)
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Introdução 
Vazão ou fluxo: quantidade de fluido (liquido, gás ou vapor) que passa pela secao reta de um duto por unidade de tempo.
 Transporte de fluidos: gasodutos e oleodutos.
 Serviços públicos: abastecimento, saneamento.
 Indústria em geral: controle de relação, batelada,
balanços de massas, contribuindo para a
qualidade e a otimização de controle de processos.
 No nosso dia-a-dia: hidrômetro, bomba de gasolina, etc.
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Introdução
A medião da vazão :
 No caso de líquidos homogêneos é fácil obter seu volume mediante seu peso e sua densidade. 
 No caso de vapores e gases, onde as densidades variam dependendo das condições de trabalho, tais como temperatura e pressão, é prudente medir as vazões em unidades gravimétricas. 
Se assim for, é necessário especificar as condições básicas da medida, por exemplo: N m3/h (Normais metros cúbicos/hora, isto é, a 0ºC e 760mm Hg abs.) e scf/h (Standard cubic feet/hora, a 60ºF e 14,73 p.s.i. abs., conforme AGA No3).
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Métodos de medição de nível de líquido
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 tipos e características dos medidores de vazão
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Medição de vazão por pressão diferencial
A pressão diferencial é produzida por vários tipos de elementos primários colocados na tubulação de forma tal que o fluído passa através deles. A sua função é aumentar a velocidade do fluído diminuindo a área da seção em um pequeno comprimento para haver uma queda de pressão. A vazão pode então,ser medida a partir desta queda.
Principais tipos:
Placa de Orifício
Tubo Venturi
Bocal de Vazão
Orifício Integral
Tubo Pitot
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Medição de vazão por pressão diferencial
Uma vantagem primordial dos medidores de vazão por ΔP é que os mesmos 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. Um inconveniente deste tipo de medidor é a perda de carga que o mesmo causa ao processo.
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Medição de Vazão por Perda de Carga Variável
Considerando-se uma tubulação com um fluido passante, chama-se perda de carga dessa tubulação a queda de pressão sofrida pelo fluido ao atravessá-la. As causas da perda de carga são: atrito entre o fluido e a parede interna do tubo, mudança de pressão e velocidade devido a uma curva ou um obstáculo, etc.
Os diversos medidores de perda de carga variável usam diferentes tipos de obstáculos ao fluxo do líquido, provocando uma queda de pressão. Relacionando essa perda de pressão com a vazão, determina-se a medição de vazão pela seguinte equação:
_991426571.unknown
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Medidores de pressão diferencial
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Medidores de pressão diferencial
Utilizam sensores de pressão para encontrar uma diferença de pressão que determine a velocidade do fluido.
Medidores de Obstrução
Tubos de Pitot
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Medidores de obstrução
É um obstáculo colocado na passagem do fluido, causando aumento de velocidade do fluido com uma conseqüente redução da ressão. 
Equação de Bernoulli - A soma da energia estática (pressão), energia cinética (velocidade) e energia potencial (elevação) se conserva para um fluido passando por uma obstrução. 
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Equação de Bernoulli
p1/ + V12/2g + z1 = constante 
p = pressão
 = viscosidade
V = velocidade
g = aceleração da gravidade
z = elevação 
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Medidores de obstrução
 Tubo venturi - pequena perda de pressão (mais eficiente), alta exatidão, resistência à abrasão, comprimento maior (difícil instalação), alto custo 
 Bocal de fluxo – média perda de pressão, alta exatidão, custo médio, resistência à abrasão, comprimento menor
 Placa de orifício – grande perda da ordem de 30 a 40% da pressão diferencial, menor exatidão, mais abrasivo, comprimento menor (melhor instalação), baixo custo
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Medidores volumétricos 
São aqueles que exprimem a vazão por unidade de tempo
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Medidores volumétricos
Medidores de Vazão por Pressão Diferencial
A medição de vazão se da por meio de uma obstrução a passagem do fluido. A função da obstrução é aumentar a velocidade do fluido e gerar uma queda de pressão na tubulação e com isso haverá o surgimento de uma pressão antes e outra depois da obstrução. 
a vazão volumétrica pode ser obtida por meio da medição da pressão diferencial (P1 - P2) , i.e., a diferença entre as pressões antes e depois da obstrução.
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Medidores volumétricos
Medidores de Vazão por Pressão Diferencial
Placa de Orifício
A placa de orificio é o mais simples e flexível dos elementos primários de vazão. Consiste de um disco chato, de pouca espessura, com um orifício para passagem do fluido, que é colocado por meio de flanges na tubulação
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Medidores volumétricos
Medidores de Vazão por Pressão Diferencial
Placa de Orifício
Vantagens
Instalação facil
Economica
Manutenção simplis
Desvantagens
Alta perda de carga
Baixa rangebilidade
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Medidores de Vazão por Pressão Diferencial
Placa de Orifício
Tipos de placas de orificio 
 Orificio concentrico
Medidores volumétricos
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Medidores de Vazão por Pressão Diferencial
Placa de Orifício
Tipos de placas de orificio 
Orificio Excêntricos
Medidores volumétricos
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Medidores de Vazão por Pressão Diferencial
Placa de Orifício
Tipos de placas de orificio 
 Orifício Segmental
Medidores volumétricos
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Medidores volumétricos
Medidores de Vazão por Pressão Diferencial
Tubo de Venturi:
 Lei de Venturi: “Os fluidos sob pressão, na passagem através de tubos convergentes; ganham velocidade e perdem pressão, ocorrendo o oposto em tubos divergentes”
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Medidores volumétricos
Medidores de Vazão por Pressão Diferencial
Tubo de Venturi
O tubo de Venturi combina dentro de uma unidade simples uma curta “garganta” estreitada entre duas seções cônicas e está usualmente instalada entre duas flanges, numa tubulação e o propósito e acelerar o fluido e temporariamente baixar sua pressão estática.
 
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Medidores volumétricos
Medidores de Vazão por Pressão Diferencial
Tubo de Venturi:
A recuperação de pressão em um tubo Venturi é bastante eficiente, sendo seu uso recomendado quando se deseja um maior restabelecimento de pressão e o fluido medido carrega sólidos em suspensão. O Venturi produz um diferencial menor que uma placa de orifício para uma mesma vazão e diâmetro igual à sua garganta.
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Medidores volumétricos
Medidores de Vazão por Pressão Diferencial
Tubo de Venturi
O tubo venturi apresenta algumas vantagens em relação aos outros medidores de perda de carga como variável
 boa precisão
 resistencia a abrasão e ao acumulo de poeira ou sedimentos
 capacidade de mediçãp de grandes escoamentos de liquidos
 permite medião de vazão 60% superiores à placa de orificio nas mesmas condiões de serviço
Algumas desvantagens
 custo elevado
 dimensões grandes 
 dificuldade de de trocas uma vez instalado
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Medidores volumétricos
Medidores de Vazão por Pressão Diferencial
Tubo de Venturi
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Medidores volumétricos
Medidores de Vazão por Pressão Diferencial
Bocal 
O perfil dos bocais de vazão permite sua aplicaão em servios onde o fluido é abrasivo e corrosivo. O perfil de entrada guia o fluido até a seção mais estrangulada do elemento de medição.
E´recomendado para vapores com velocidade superior a 30m/s e diametro de tubulaão acima de 50mm.
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Medidores volumétricos
Medidores de Vazão por Pressão Diferencial
Bocal
O perfil de entrada é projetado de forma a guiar a veia até atingir a seção estrangulada do elemento de medição, seguindo uma curva elíptica (projeto ASME) ou pseudoelíptica (projeto ISA). Seu principal uso é em medição de vapor com alta velocidade, recomendado para tubulações > 50 mm.
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Medidores volumétricos
Medidores de Vazão por Pressão Diferencial
Tubo de Pitot
É um dispositivo para medição de vazão através da velocidade detectada em um ponto de tubulação. Possui uma abertura em sua extremidade. Tal abertura encontra-se na direção da corrente fluida de um duto. 
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Medidores volumétricos
Medidores de Vazão por Pressão Diferencial
Tubo de Pitot
A diferença entre pressão total e a pressão estática da linha resulta na pressão dinâmica, que é proporcional ao quadrado da velocidade.
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Transmissor de Vazão por Pressão Diferencial
Os transmissores de vazão por pressão diferencial se baseiam nos mesmos princípios físicos utilizados na tecnologia de medição de pressão. Assim, são utilizados os tipos piezoelétrico; strain-gauge, célula capacitiva,Silício Ressonante etc..., para medir a pressão diferencial imposta por um elemento deprimogenio cuidadosamente calculado para permitir a obtenção da faixa de vazão que passa por um duto . Como a pressão diferencial é relativamente baixa, as faixas de medição destes transmissores são expressas normalmente em mmH2O, kPa ou polH2O.
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 Relação entre p e Vazão 
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Aplicações do transmissor de Pressão
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Desempenho do Elemento Sensor
Baixa Histerese é a característica mais desejável em um Sensor
Elemento Sensor
Metal Silicio
Grande Histerese
Sem Histerese
Histerese do Elemento Sensor
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Capacidade Multi-Sensora do FT
Transistor
Temperatura do Circuito
Temperatura da Capsula
Pressão Estática
Pressão Diferencial
Sensor semicondutor
Diagnóstico
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Medição de Vazão de Gases
Plugs
 Válvulas de Vent
TRANSMISSOR
Manifold 3-vias
Válvulas de Bloqueio
Orifício
Tomadas na posição superior para aplicação em Gases
Válvulas de Dreno
Plugs
 Válvulas de Bloqueio
TRANSMISSOR
Manifold 3-vias
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FT
Válvulas de Bloqueio
Manifold 3-vias 
Tomadas na posição inferior para aplicação em Líquidos
Válvulas de Dreno
Plugs
Plugs
 Válvulas de Vent
Medição de Vazão de Líquidos
Válvulas de Bolqueio 
TRANSMISSOR
TRANSMISSOR
Orifício
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Medição de Vazão de Vapor
FT
TRANSMISSOR
Tomadas na posição superior para aplicação em Vapor
Válvulas de Dreno
Plugs
Válvulas de Bloqueio 
Orificío
Pote de Condensado
Manifold 3-vias 
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1
1
1
1
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12
12
12
nt.
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37
37
37
1
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50
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