Medidor de Vazão Rotâmetro

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Atividade de Mecânica dos fluídos
(Rotâmetro)
NOME: RA:
Elisabete Bezerra A6886E-9
Felipe da Silva Barros T42785-1
Guilherme Danziere Ricci A984674
João Victor Guimarães Azevedo B9303B-1
Jefferson dos Santos T39561-5
Marcelo Marcio Agostinho A051JB-1
Natan Romito B664BH-8
Roberta B8365C-8
Wellington M dos Santos B794EH-0
SUMÁRIO
INTRODUÇÃO..............................................................................................................................05
OBJETIVO.....................................................................................................................................07
FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA.......................................................................................................09
PRINCÍPIO DE OPERAÇÃO............................................................................................................09
GENERALIDADES E CLASSIFICAÇÕES............................................................................................11
TIPOS DE ROTÂMETRO................................................................................................................13
ROTÂMETRO DE TUBO DE VIDRO...............................................................................................13
ROTÂMETRO DE TUBO DE VIDRO...............................................................................................15
MEDIDORES DE VAZÃO DE TUBO METÁLICO..............................................................................15
ROTÂMETRO DO TUBO DE PLÁSTICO..........................................................................................17
SELEÇÃO DO MEDIDOR DE VAZÃO TIPO ROTÂMETRO................................................................17
VANTAGENS E DESVANTAGENS..................................................................................................19
VANTAGENS................................................................................................................................19
DESVANTAGENS..........................................................................................................................19
MANUTENÇÃO............................................................................................................................19
MANUTENÇÃO............................................................................................................................21
RESULTADOS EXPERIMENTAIS – ROTÂMETRO............................................................................21
MEDIDAS DE VAZÃO DO ROTÂMETRO........................................................................................21
GRÁFICO DE DISPERSÃO..............................................................................................................21
CONCLUSÃO................................................................................................................................23
REFERÊNCIAS BIOGRÁFICAS........................................................................................................25
INTRODUÇÃO
O primeiro medidor de área variável com corpo flutuante foi inventado por Karl Kueppers na cidade de Aachen, na Alemanha, no ano de 1908 e descrito pela patente alemã número 215225. Felix Meyer fundou a primeira indústria “Deutsche Rotawerke GmbH” que reconheceu a importância desta invenção. A Deutsche Rotawerke GmbH melhorou a invenção com novas geometrias do flutuante (corpo) e do tubo. Kueppers inventou uma geometria especial para o interior do tubo que permitia uma leitura escalar linear de leitura.
A marca Rotameter foi registada pela empresa britânica GEC Rotameter Co. em Crwaley, que ainda hoje existe, tendo sido posteriormente passado pelo controlo das empresas KDG Instruments, Solartron Mobrey e por último da Emerson Process Management.
O rotâmetro é o mais conhecido medidor de fluxo de área variável. Foi desenvolvido há vários anos e nas ultimas décadas é que se verificou um maior progresso, permitindo que hoje ele possa ter utilização nas mais diversas situações e condições.
Os rotâmetros são bastante utilizados na indústria química, farmacêutica, petroquímica, alimentar, mecânica. São também bastante comuns em laboratórios  e no tratamento de águas.
Rotâmetro é um tubo graduado no qual se localiza um elemento flutuante com ranhuras helicoidais, de forma que a rotação resultante entre a força de impulso e arraste faça com que se mantenha no centro do tubo. Dependendo da vazão, o flutuante irá se localizar numa certa posição que na escala corresponde a uma vazão predeterminada. (Brunetti,2005).
 
Diagrama esquemático de um rotâmetro.
 
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OBJETIVO
Os medidores de fluxo são utilizados quer para gases quer para líquidos, e indicam a taxa de fluxo do fluido. Podem também controlar a taxa de fluxo, caso estejam equipados com uma válvula controladora de fluxo.
A medição de fluxo é extremamente importante para qualquer processo. O fluxo (volumétrico ou gravimétrico) é a quantidade de fluxo, relativamente ao tempo. A medição de fluxo é feito com o fluido em movimento. Existem 3 tipos de medidores de fluxos: diretos, indiretos e especiais. O rotâmetro é um medidor indireto. Este tipo de medidor utiliza fenômenos relacionados com a quantidade de fluido que passa. O rotâmetro é um tipo particular de medidores de fluxo baseado no principio da área variável.
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FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
O medidor de vazão de área variável é, em geral, constituído por um tubo transparente com escala onde um flutuador (ou bóia) move-se livremente dentro deste tubo. O equilíbrio é atingido quando a diferença de pressão e impulsão do fluido compensam a força gravitacional.
À medida que o fluxo do fluido aumenta, maior área (entre o corpo flutuante e as paredes do tubo) é necessária para suportar o fluxo, fazendo com que o corpo flutuante seja empurrado para cima. Os flutuadores utilizados podem ter diversos formatos, sendo que as esferas e os elipsóides são os mais comuns. O flutuador possui também um formato que lhe permite rodar a volta do seu eixo vertical à medida que o fluido atravessa o tubo, permitindo verificar se este se encontra preso, uma vez que apenas pode rodar estando livre.
Repare-se que “corpo flutuante” ou "flutuador" não significa que o corpo flutua no fluido. De fato, o flutuador deve ter uma densidade superior à do fluido, caso contrário seria levado (flutuaria) para a parte superior do tubo assim que o fluido começasse a circular.
Princípio de operação
 A operação do rotâmetro é baseada no princípio de área variável: a vazão do fluido eleva um flutuador em um tubo cônico, aumentando a área de passagem do fluido. Quanto maior a vazão, mais alto o flutuador é elevado. A altura do flutuador é diretamente proporcional à taxa de vazão. Com líquidos, o flutuador é elevado por uma combinação da flutuabilidade do líquido com a altura manométrica da velocidade do fluido. Com gases, a flutuabilidade é desprezível e o flutuador responde somente à altura manométrica da velocidade.
 O flutuador sobe ou desce no tubo proporcionalmente à taxa de vazão do fluido e a área anular entre o flutuador e a parede do tubo.O flutuador atinge uma posição estável no tubo quando a força para cima exercida pelo fluido em vazão é igual à força gravitacional para baixo exercida pelo peso do flutuador. Uma alteração na taxa de vazão perturba esse equilíbrio de forças. Com isso, o flutuador sobe ou desce, alterando a área anular até alcançar novamente uma posição em que as forças estejam em equilíbrio. Para satisfazer a equação de força, o flutuador do rotâmetro assume uma posição distinta para cada taxa de vazão constante. No entanto, é importante observar que, como a posição do flutuador depende da gravidade, os rotâmetros devem ser orientados e montados verticalmente.
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Generalidades e Classificação
Os medidores de fluxo de área variável foram inventados no séc. XIX, mas só por volta de 1930  foram introduzidos na indústria. Tornaram-se bastante úteis, dado serem uma alternativa de baixo custo aos medidores de fluxo baseados em diferença de pressão, especialmente no caso de as condutas serem pequenas.
Os primeiros modelos de medidores de fluxo de área variável indicavam apenas o fluxo, tendo com o decorrer dos anos adquirido outras funções secundárias como a de transmissão, alarme e até controle.
 Atualmente existem medidores com uma vasta gama de tamanhos, de valores de pressão, de valores de exatidão e outras características adaptadas a um vasto e distinto conjunto de condições de operação. O rotâmetro deve ser escolhido tendo em conta as especificações do cliente. 
Existe uma série de fatores que vão influenciar a seleção de um determinado rotâmetro, dos quais se destacam os mais importantes:
1. Taxa de fluxo - tenho que escolher o comprimento do tubo do rotâmetro de acordo com a quantidade de fluxo que pretendo medir.
2. Exatidão/repetibilidade - devemos ter em atenção os valores  de exatidão e repetibilidade adequados ao objetivo a que se destina o rotâmetro.
3. Não corrosivo - O rotâmetro selecionado deve ser minimamente resistente a um fluido mais corrosivo.
4. As perdas de pressão devem ser mínimas - se tal não acontecer à eficiência da medição é bastante mais reduzida. 
5. Preço - este é o parâmetro que mais pesa no processo de seleção de um rotâmetro. O ideal seria encontrar a relação ótima entre qualidade e preço, mas muitas das vezes nem sempre tal
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é possível. Um rotâmetro que satisfaça todos os fatores acima mencionados pode ser recusado se o seu preço for elevado
O rotâmetro é montado na posição vertical, pois a inclinação vai provocar uma reação do peso efetivo da bóia, introduzindo assim alguns erros. Se o ângulo de inclinação for bastante reduzido os erros não serão significativos. Convém seguir algumas das seguintes instruções:
A maioria dos rotâmetros pode ser suportada pela conduta, no entanto, alguns rotâmetros de metal como são mais pesados devem ser suportados diretamente ou mais próximo possível da conexão da conduta.
Na montagem dos rotâmetros devemos ter em atenção que estes não podem ser usados como meio de fixação da tubulação ou conduta. Se tal acontecer pode haver danos nos tubos de vidros do rotâmetro devido ao esforço efetuado.
Convém instalar sempre junto do rotâmetro um dispositivo de segurança de modo a assegurar que a pressão não exceda os valores que este consegue suportar.
TIPOS DE ROTÂMETROS
Rotâmetros de tubo de vidro
 O rotâmetro básico é do tipo tubo de vidro com indicação. O tubo é produzido com alta precisão em vidro de boro silicato e o flutuador é precisamente fabricado com metal, vidro ou plástico. O flutuador de metal geralmente é feito em aço inoxidável para oferecer resistência à corrosão. O flutuador possui uma aresta de medição afiada em que a leitura é observada por meio de uma escala montada junto ao tubo.
 Encaixes e conexões para as extremidades estão disponíveis em diversos materiais e estilos. Os elementos de maior importância são o tubo e o flutuador, geralmente chamados de combinação tubo-flutuador, uma vez que essa é a parte do rotâmetro que faz a medição. Há outras combinações similares de tubo de vidro com flutuador 
de aço inoxidável disponíveis, independentemente do tipo de carcaça ou conexão das extremidades que a aplicação possa exigir, para melhor atender aos requisitos do cliente. A escala do rotâmetro é calibrada para efetuar uma leitura direta do ar ou da água, ou para uma escala de leitura da porcentagem do intervalo, ou ainda, uma escala arbitrária a ser utilizada com equações ou tabelas de conversão. Os rotâmetros de tubo de vidro com proteção de segurança são utilizados pela indústria para a medição de líquidos e gases. Eles fornecem uma capacidade de vazão de cerca de 60 GPM e são fabricados com conexões nas extremidades, feitos de metal ou plástico, para atender às características químicas do fluido em medição. Os únicos fluidos para os quais esses medidores não são adequados são os que afetam os tubos 
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de medição de vidro, como água a uma temperatura acima de 90 °C (194 °F) com pH 
alto que amolece o vidro; vapor úmido, que causa o mesmo efeito; soda cáustica, que dissolve vidro; e ácido fluorídrico, que corrói o vidro. As principais limitações dos rotâmetros de uso geral são os limites de pressão e temperatura do tubo de medição de vidro. Tubos pequenos de 6 mm (1/4") são adequados para pressões de funcionamento de até 500 psig, mas a pressão de operação de um tubo grande de 51 mm (2") pode ser menor que 100 psig. O limite prático de temperatura para rotâmetros de vidro é de 204 °C (400 °F), embora operações a temperaturas tão elevadas possam reduzir substancialmente a pressão de operação do medidor. Em geral, há uma relação linear entre a pressão e temperatura de operação.
Medidores de vazão de tubo metálico
 Para pressões e temperaturas mais elevadas, que vão além do intervalo prático dos tubos de vidro, são utilizados tubos de metal. Esses tubos geralmente são fabricados em alumínio, latão ou aço inoxidável. A posição do pistão é determinada por seguidores mecânicos ou magnéticos, que são lidos na parte externa do tubo de medição metálico. De forma semelhante aos rotâmetros de tubo de vidro, a combinação mola-pistão determina a taxa de vazão e as conexões e materiais de construção são escolhidos de forma que satisfaçam às exigências das aplicações. Esses medidores são utilizados para serviços em que a elevada pressão ou temperatura de operação, golpes de aríete ou outras forças possam causar danos aos tubos de medição de vidro. Os medidores de vazão com mola e pistão são utilizados para a maioria dos fluidos, inclusive líquidos e gases corrosivos. Eles são adequados para aplicações com vapor, em que a utilização de tubos de vidro seria inaceitável.
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Rotâmetros de tubo plástico
 Para pressões e temperaturas mais elevadas, que vão além do intervalo prático dos tubos de vidro, são utilizados tubos de metal. Esses tubos geralmente são fabricados em alumínio, latão ou aço inoxidável. A posição do pistão é determinada por seguidores mecânicos ou magnéticos, que são lidos na parte externa do tubo de medição metálico. De forma semelhante aos rotâmetros de tubo de vidro, a combinação mola-pistão determina a taxa de vazão e as conexões e materiais de construção são escolhidos de forma que satisfaçam às exigências das aplicações. Esses medidores são utilizados para serviços em que a elevada pressão ou temperatura de operação, golpes de aríete ou outras forças possam causar danos aos tubos de medição de vidro. Os medidores de vazão com mola e pistão são utilizados para a maioria dos fluidos, inclusive líquidos e gases corrosivos. Eles são adequados para aplicações com vapor, em que a utilização de tubos de vidro seria inaceitável.
Seleção do medidor de vazão tipo rotâmetro
 As principais perguntas que precisam ser respondidas antes de selecionar um rotâmetro são:
Quais sãoas taxas mínimas e máximas de vazão para o medidor de vazão?
Qual é a temperatura mínima e máxima do processo?
Qual é o tamanho do tubo?
É preferível possuir um rotâmetro de leitura direta ou uma tabela de referência seria aceitável?
Qual é a exatidão necessária?
É necessário utilizar uma válvula para regular a vazão?
Haverá contrapressão?
Qual é a pressão máxima do processo?
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VANTAGENS E DESVANTAGENS
 VANTAGENS 
Um medidor de vazão de área variável não requer qualquer alimentação externa, uma vez que utiliza as propriedades do fluido, em conjunto com a gravidade, para medir o caudal.
Um medidor de vazão de área variável é um dispositivo de construção simples, que pode ser fabricado em grandes quantidades a partir de materias de baixo custo.
 DESVANTAGENS
Por depender da força da gravidade, um medidor de vazão de área variável deve sempre estar orientado verticalmente, com o fluido a circular no sentido ascendente.
Por depender das propriedades do fluido, a escala de um dado medidor de vazão de área variável tem precisão apenas para uma dada substância. Das características do fluido, a que tem maior destaque é a densidade, sendo que a viscosidade pode também ter um papel significante.
Os corpos flutuantes são em geral projetados para serem insensíveis à viscosidade, embora seja raramente verificado nas especificações dos fabricantes. Para ultrapassar este problema, diferentes medidores de vazão de área variável podem ser utilizados para diferentes viscosidades ou diferentes escalas podem ser utilizadas no mesmo dispositivo.
Medidores de vazão de área variável em geral demandam o uso de vidro ou outro material transparente para que se possível ver a posição do corpo flutuante, o que pode limitar sua utilização apenas a aplicações com fluidos não corrosivos.
Em geral, não são facilmente adaptáveis para leituras automáticas, embora flutuantes magnéticos que controlam um elemento externo ao tubo também possam ser utilizados.
MANUTENÇÃO
O rotâmetro requer poucos cuidados de manutenção dado que é um instrumento que oferece bastante segurança. No entanto há que ter em atenção certos detalhes. Possíveis depósitos na bóia ou no tubo podem ser facilmente identificáveis em rotâmetros de tubo de vidro. Nos rotâmetros de tubo metálico estes detritos podem ser identificados através de um visor de vidro. Estes são depois facilmente removidos usando um jato de um líquido de limpeza adequado.
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O rotâmetro deve ser periodicamente removido da conduta, desmontado, limpo e examinado para ver se existem vestígios de corrosão ou de desgaste. Deve-se também verificar o peso da bóia de forma a ver se este foi reduzido devido à ação abrasiva do fluido.
Resultados Experimentais – Rotâmetro
Medidas de vazão do rotâmetro
Gráfico de Dispersão
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CONCLUSÃO
Através do gráfico de calibração podemos concluir que é possível estimar a vazão utilizando a equação obtida no gráfico, porem a vazão experimental se distanciou da vazão do rotâmetro.
Nosso trabalho obteve resultados muito satisfatórios, porem não podemos desprezar possíveis falhas humana durante a operação.
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REFERÊNCIAS BIOGRÁFICAS
http://www.ebah.com.br/content/ABAAAAtE4AH/relatorio-rotametro?part=3
http://pt.wikibooks.org/wiki/Mec%C3%A2nica_dos_fluidos/Medidores_de_%C3%A1rea_vari%C3%A1vel
http://pt.wikipedia.org/wiki/Rot%C3%A2metro
https://br.omega.com/prodinfo/rotametros.html
http://www.ebah.com.br/content/ABAAAAMEcAG/relatorio-tecnico-com-rotametro
https://sites.google.com/a/fatecsp.br/labvacuo/subpaginas/rotametros-e-medidores-de-fluxo-de-massa-termico
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Plan1
	Q.Rot.(m³/s)	Q(m³/S)	v(m³)	t(s)
	0	0	0	0
	3	2,772.88	23.5	31.07
	4	3,478.99	11.5	11.9
	5	4,974.54	19	13.75
	6.5	6,277.24	20	11.47
	7.5	6,848.44	30	15.77