MEDIDORES DE VAZÃO DE RESTRIÇÃO PARA ESCOAMENTOS INTERNOS

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DO MARANHÃO – UEMA 
CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS – CCT 
ENGENHARIA MECÂNICA 5º PERÍODO 
DISCIPLINA: DINÂMICA DOS FLUIDOS 
DOCENTE: PROF. LOURIVAL FILHO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
MEDIDORES DE VAZÃO PARA ESCOAMENTOS INTERNOS 
(PLACA DE ORIFÍCIO, BOCAL MEDIDOR E TUBO VENTURI) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
SÃO LUÍS – MA 
2017 
2 
 
DISCENTES: 
ADRIANE SOUSA DA SILVA – 1512234 
AYRTON RIBEIRO FRAZÃO – 1512202 
 THALYSSA OLIVEIRA MONTEIRO – 1512214 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
MEDIDORES DE VAZÃO PARA ESCOAMENTOS INTERNOS 
(PLACA DE ORIFÍCIO, BOCAL MEDIDOR E TUBO VENTURI) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
SÃO LUÍS – MA 
2017 
Trabalho apresentado na 
Universidade Estadual do Maranhão do 
curso de Engenharia Mecânica na 
disciplina de Dinâmica dos Fluidos para 
obtenção de nota. 
Prof. Dr. Lourival Filho. 
3 
 
SUMÁRIO 
INTRODUÇÃO ............................................................................................................... 4 
MEDIDORES DE VAZÃO DE PARA ESCOAMENTOS INTERNOS ................... 5 
CARACTERÍSTICAS DE MEDIDORES DE VAZÃO .............................................. 7 
1. PLACA DE ORIFÍCIO ............................................................................................ 7 
1.1. Tipos de placa ................................................................................................ 7 
2. BOCAL MEDIDOR ................................................................................................. 8 
3. TUBO VENTURI ..................................................................................................... 9 
3.1. Objetivos ......................................................................................................... 9 
3.2. Características ............................................................................................. 10 
3.3. Algumas aplicações: .................................................................................. 10 
REFERÊNCIAS............................................................................................................ 12 
 
 
 
4 
 
INTRODUÇÃO 
A escolha de um medidor de vazão é influenciada pela incerteza exigida, 
faixa de medida, custo, complicações, facilidade de leitura ou de redução de 
dados e tempo de vida em serviço. O dispositivo mais simples e mais barato que 
forneça a exatidão desejada deve ser escolhido. 
A maioria dos medidores de restrição (redução de área) para 
escoamentos internos (exceto o elemento de escoamento laminar) baseiam-se 
no princípio da aceleração de uma corrente fluida através de alguma forma de 
bocal. A ideia é que a variação na velocidade leva a uma variação na pressão. 
Este Δp pode ser medido com a utilização de um medidor de pressão diferencial 
(eletrônico ou mecânico) ou de um manômetro, e a vazão inferida a partir de uma 
análise teórica ou de uma correlação experimental para o dispositivo. 
 
 
5 
 
MEDIDORES DE VAZÃO DE PARA ESCOAMENTOS INTERNOS 
Neste tipo de medidor de vazão, uma transformação de energia é utilizada 
para medição indireta da vazão do fluido através da diferença de pressão entre 
duas seções de diferentes diâmetros na tubulação. 
Figura 1. Escoamento interno através de um bocal genérico, analisado por um volume 
de controle empregado. 
Quando o escoamento passa pela região estreita de diâmetro Dt, é gerada 
uma zona de recirculação, mostrada pelas linhas tracejadas. A corrente principal 
do escoamento continua a acelerar após à região, formando uma vena contracta 
(veia contraída) na seção 2 e, em seguida, desacelera para preencher o duto. 
Na vena contracta, a área de escoamento é um mínimo, e as linhas de corrente 
são essencialmente retas, e a pressão é uniforme através da seção do canal. 
Utilizando as equações da conservação de massa e de Bernoulli, pode-
se obter, teoricamente, a vazão volumétrica entre as seções 1 e 2 através do seu 
diferencial de pressão. Em seguida, fatores de correção empíricos podem ser 
aplicados para obter a vazão real. 
Para o emprego das equações da conservação de massa e de Bernoulli , 
é necessário estabelecer as seguintes considerações: 
1. Escoamento permanente. 
2. Escoamento incompressível. 
3. Escoamento ao longo de uma linha de corrente. 
4. Não há atrito. 
5. Velocidade uniforme nas seções 1 e 2. 
6. Pressão uniforme através das seções 1 e 2. 
7. Z1 = Z2. 
Da equação de conservação de massa, V∙A = 0, e da equação de 
Bernoulli, tem-se: 
𝑝1 − 𝑝2 =
𝜌
2
(𝑉2
2 − 𝑉1
2) =
𝜌𝑉2
2
2
[1 − (
𝑉1
𝑉2
)
2
] 
Analisando a entrada e saída do escoamento, 
6 
 
𝑉1 𝐴1 = 𝑉2 𝐴2 
(
𝑉1
𝑉2
)
2
= (
𝐴2
𝐴1
)
2
 
Substituindo e resolvendo para a velocidade teórica, V2 
𝑉2 = √
2(𝑝1 − 𝑝2 )
𝜌[1 − (𝐴2 𝐴1⁄ )
2]
 
A vazão em massa teórica é dada por 
�̇� 𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜 = 𝜌𝑉2 𝐴2 = 𝜌√
2(𝑝1 − 𝑝2 )
𝜌[1 − (𝐴2 𝐴1⁄ )
2]
𝐴2 
Ou 
�̇� 𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜 =
𝐴2
√1 − (𝐴2 𝐴1⁄ )
2
√2𝜌(𝑝1 − 𝑝2 ) 
A equação demonstra que a vazão é diretamente proporcional à raiz 
quadrada da diferença de pressão detectada pelo medidor. Por outro lado, 
alguns fatores limitam a utilização dessa equação para medir a vazão em massa 
através de um medidor. Dessa forma, há um ajuste na equação para o número 
de Reynolds e para a razão de diâmetros Dt/D1 (chamada de ) pela definição 
de um coeficiente de descarga C empírico, tal que 
�̇�𝑟𝑒𝑎𝑙 =
𝐶𝐴𝑡
√1 − 𝛽4
√2𝜌(𝑝1 − 𝑝2 ) 
Observe que 1/1-4 é o fator de velocidade de aproximação. O 
coeficiente de descarga e o fator frequentemente são combinados em um único 
coeficiente de vazão, 
𝐾 ≡
𝐶
√1 − 𝛽4
∴ �̇�𝑟𝑒𝑎𝑙 = 𝐾𝐴𝑡√2𝜌(𝑝1 − 𝑝2) 
7 
 
CARACTERÍSTICAS DE MEDIDORES DE VAZÃO 
 
Tabela 1. Perda de carga e custo inicial de medidores de vazão. 
A seleção de um medidor de vazão depende de fatores como custo, 
precisão, necessidade de calibração e facilidade de instalação e manutenção. 
Note que uma perda de carga grande significa que o custo de operação do 
dispositivo é alto - ele consumirá boa quantidade de energia do fluido. Um alto 
custo inicial deve ser amortizado durante a vida útil do dispositivo. Este é um 
exemplo de cálculo de custo comum para uma companhia decidir entre um alto 
custo inicial com baixo custo de operação, ou um baixo custo inicial com alto 
custo de operação. 
Se um medidor deve ser instalado a jusante de uma válvula, cotovelo ou 
outro elemento perturbador do escoamento, um trecho de tubo reto deve ser 
previsto a montante do medidor. Aproximadamente 10 diâmetros de tubo reto 
são necessários para medidores venturi e até 40 diâmetros para medidores de 
placa de orifício ou de bocal de vazão. 
1. PLACA DE ORIFÍCIO 
É uma placa fina que pode ser interposta entre flanges de tubos. O sensor 
consiste em placas precisamente perfuradas, as quais são instaladas 
perpendicularmente ao eixo da tubulação. Como sua geometria é simples, ela é 
de baixo custo e de fácil instalação ou reposição. É essencial que as bordas do 
orifício estejam sempre perfeitas para não comprometer a precisão na medição. 
A placa de orifício é o medidor de vazão mais comumente utilizado, mas 
sua capacidade limitada e a elevada perda de carga permanente decorrente da 
expansão não controlada a jusante do elemento medidor são suas principais 
desvantagens. 
1.1. Tipos de placa 
a. Orifício concêntrico: utilizada para qualquer fluido que não contenha 
sólidos em suspensão; 
8 
 
b. Orifício excêntrico: utilizada quando tiver fluido com sólidosem 
suspensão, os quais possam ser retidos e acumulados na base da placa. 
O orifício é posicionado na parte de baixo do tubo; 
c. Orifício segmental: destinado para o uso em fluidos laminados e com alta 
porcentagem de sólidos em suspensão. 
 
Figura 2. (a) concêntrico, (b) excêntrico e (c) segmental, da esquerda para direita. 
A medição da diferença de pressão P1-P2 pode ser feita através de um 
sistema simples, como um manômetro de líquido, por uma tabela, ou pela 
mesma equação demonstrada nesse trabalho. Ainda pode ser feita por meio de 
automatização com transdutores e o sinal processado por circuitos analógicos 
ou digitais para a indicação dos valores da vazão. 
2. BOCAL MEDIDOR 
Trata-se de um medidor de vazão intermediário entre a placa de orifício e 
o Venturi. Podem ser encontrados em duto ou em câmaras pressurizadas. São 
usados para medições onde a velocidade do fluido é muito alta ou corrosiva, e 
geralmente para vapor superaquecido. 
 
Figura 3. Instalações típicas de bocais medidores 
9 
 
O bocal estabelece uma diferença de pressão entre 1 e 2 que será 
relacionada com a vazão. Para escoamentos incompressíveis são aplicadas as 
equações da continuidade e de Bernoulli com suas restrições, para obter as 
expressões da vazão. 
A equação da energia sem perdas, ou equação de Bernoulli, aplicada ao 
fluido ecoando ao longo de uma linha de corrente, é dada por. 
𝜌 +
1
2
𝜌𝑉2 + 𝜌𝑔𝑧 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡 (1) 
Desenvolvendo essa equação para 1 e 2 e como não há diferença de 
altura teremos: 
𝑃1
𝜌
+
1
2
𝑉1
2 =
𝑃2
𝜌
+
1
2
𝑉2
2 (2) 
Com as restrições de escoamento permanente, incompressível, ao longo 
de uma linha de corrente, sem atrito, sem diferença de altura z, e com velocidade 
uniforme, podemos simplificar a equação da continuidade. 
𝑉1𝐴1 = 𝑉2𝐴2 ou (
𝑉1
 𝑉2
)
2
= (
𝐴1
 𝐴2
)
2
 (3) 
Desenvolvendo a equação 2 e usando a equação 3 obteremos: 
𝑄 = 𝐶𝑑𝐸𝛽
2𝐴1√
2(𝜌1−𝜌2 )
𝜌
 em 𝑚
3
𝑠⁄ (4) 
Coeficiente adimensional de descarga: 
𝐶𝑑 =
𝑄𝑟𝑒𝑎𝑙
𝑄𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙
 
3. TUBO VENTURI 
O tubo Venturi possui uma curta garganta estreitada entre duas seções 
cônicas e está usualmente instalado entre dois flanges, numa tubulação. Sua 
finalidade é acelerar o fluído e temporariamente baixar sua pressão estática. A 
recuperação de pressão em um tubo Venturi é bastante eficiente, sendo seu uso 
recomendado quando se deseja um maior restabelecimento de pressão e 
quando 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. 
3.1. Objetivos 
O tubo de Venturi é um tubo horizontal, dotado de uma garganta comprida, 
reduzindo a área de passagem do fluído para que seja medido o diferencial de 
pressão no estrangulamento em relação o tubo normal. 
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Com o tubo de Venturi podemos explorar a equação de Bernoulli e 
podemos medir a vazão real da tubulação baseando-se na queda de pressão 
provocada pelo estrangulamento. 
 
Figura 4. Tubo de venturi. 
3.2. Características 
O tubo de Venturi apresenta algumas vantagens em relação a outros 
medidores de perda de carga variável como: 
 Boa precisão (± 0,75%); 
 Permite medição de vazão 60% superiores à placa de orifício nas mesmas 
condições de serviço, porém com perda de carga de no máximo 20% do 
∆P. 
 Capacidade de medição de grandes escoamentos de líquidos em grandes 
tubulações; 
 Resistência à abrasão e ao acúmulo de poeira ou sedimentos; 
Algumas das desvantagens no tubo de Venturi: 
 Custo elevado (20 vezes mais caro que uma placa de orifício); 
 Dimensões grandes e incômodas; 
 Dificuldade de troca uma vez instalado. 
3.3. Algumas aplicações: 
O tubo de Venturi é utilizado para misturar uma pulverização fina de um 
gás junto com um liquido, como acontece no carburador de um motor a 
combustão. A gasolina da câmara de flutuação e pulverizada em finas gotas 
quando é aspirada na forma de um jato, devido à baixa pressão na garganta do 
tubo de Venturi por onde tem de passar antes de ser misturada com o ar. 
11 
 
 
Figura 5. Esquema de um tubo de Venturi com tomadas de pressão estática dentro e 
fora do estrangulamento. 
 
Figura 6. Medidor tipo venturi. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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REFERÊNCIAS 
MACHADO, F.P. e MENDES, J.U.L., Averiguação da Influência Geométrica de 
Placas de Orifício na Medida da Vazão. Departamento de Engenharia Mecânica 
da Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2008. 
FOX, R.W., MCDONALD, A.T. e PRITCHARD, P.J., Introdução à Mecânica dos 
Fluidos, 8. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2016. 
SANTOS, Michelle Mendes. Medição de Vazão. Disponível em: 
http://www.cpdee.ufmg.br/~michelle/fabrai/index_arquivos/Instrumentos 
vazao.pdf. Acesso em: 03/NOV 
SCHNEIDER, Paulo Smith. Medição de Velocidade e Vazão de Fluidos. 
Disponível em: 
http://www.ufrgs.br/medterm/areas/area-ii/vazao_mt.pdf. Acesso em: 03/NOV 
	INTRODUÇÃO
	MEDIDORES DE VAZÃO DE PARA ESCOAMENTOS INTERNOS
	CARACTERÍSTICAS DE MEDIDORES DE VAZÃO
	1. PLACA DE ORIFÍCIO
	1.1. Tipos de placa
	2. BOCAL MEDIDOR
	3. TUBO VENTURI
	3.1. Objetivos
	3.2. Características
	3.3. Algumas aplicações:
	REFERÊNCIAS