Medidores de vazão

Prévia do material em texto

UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO 
FACULDADE DE ENGENHARIA 
ENGENHARIA QUÍMICA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Mickaela Yuriko Martins 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
MEDIDORES DE VAZÃO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CUIABÁ 
Novembro, 2019. 
 
 
 
Mickaela Yuriko Martins 
 
 
 
 
 
 
 
 
MEDIDORES DE VAZÃO 
 
 
 
 
 
Relatório sobre diferentes tipos de 
medidores de vazão e análise de dados 
experimentais apresentado como requisito 
à matéria de Laboratório de Engenharia 
Química I do curso de Engenharia Química 
da Universidade Federal de Mato Grosso, 
Campus Várzea Grande. 
 
 
 
 
 
 
CUIABÁ 
Novembro, 2019. 
 
 
SUMÁRIO 
 
1. INTRODUÇÃO ..................................................................................................................... 4 
2. DESENVOLVIMENTO ....................................................................................................... 4 
2.1 Objetivo ............................................................................................................................. 4 
2.2 Tipos de medidores de vazão ............................................................................................ 4 
 2.2.1 Medidor de vazão por pressão diferencial ................................................................. 5 
2.2.1.1. Placas de orifício .............................................................................................. 5 
2.2.1.2. Tubo de Venturi................................................................................................ 6 
2.2.1.3. Tubo de Pitot .................................................................................................... 7 
2.2.2. Medidor de vazão por área variável ..................................................................... 7 
2.2.2.1. Rotâmetro ....................................................................................................... 7 
2.3 Análise de dados experimentais ........................................................................................ 8 
3. REFERÊNCIAS ................................................................................................................... 9 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4 
 
1. INTRODUÇÃO 
A vazão é uma das grandezas mais utilizadas nos processos industriais. As aplicações são 
diversas, incluindo desde aplicações simples como a medição de vazão de água em estações de 
tratamento, até medição de gases industriais e combustíveis, passando por medições mais 
complexas. Isto, porque, a vazão é importante para efetuar a medição e controle da quantidade 
de fluxo de líquidos, gases e sólidos, auxiliando na análise de rendimento do processo e, 
também, na qualidade do produto final (ÇENGEL & CIMBALA, 2007). Além disso, evita 
diversos problemas que uma vazão inadequada pode causar, como o aumento da pressão, 
aumento da temperatura, vazamento de fluidos, entre outros. 
O gasoduto Bolívia-Brasil que transporta gás natural da Bolívia até São Paulo foi projetado 
para transportar até 30 milhões de metros cúbicos por dia de gás natural. Estimando-se um custo 
de venda de U$ 0,50 por metro cúbico, vê-se que um erro sistemático de apenas 1% em um 
medidor de vazão está associado a uma perda de cerca de U$ 150.000 por dia, exemplificando 
a importância de se ter uma medição adequada de vazão. 
A medição de vazão inclui no seu sentido mais amplo, a determinação da quantidade 
matéria que passa por um determinado local por unidade de tempo; podem também ser incluídos 
os instrumentos que indicam a quantidade total movimentada, num intervalo de tempo. A 
quantidade total movimentada pode ser medida em unidades de volume (vazão volumétrica) ou 
em unidades de massa (vazão mássica). A vazão instantânea é dada por uma das unidades 
acima, dividida por uma unidade de tempo (DELMÉE, 1982). 
 
2. DESENVOLVIMENTO 
2.1. Objetivo 
Realizar uma análise bibliográfica sobre diferentes tipos de medidores de vazão, coletar 
e analisar dados experimentais em uma unidade didática para a calibração de um medidor de 
vazão 
2.2. Tipos de medidores de vazão 
Existem diversos tipos de equipamentos capazes de medir vazão disponíveis no mercado, e 
a escolha correta de um determinado instrumento para medição de vazão depende de vários 
fatores, dentre eles a exatidão desejada para a medição, o tipo de fluido (líquido ou gás, limpo 
ou sujo, condutividade elétrica, etc.), condições termodinâmicas, custo e outros. Os medidores 
de vazão podem ser classificados em grupos que se baseiam em princípios de funcionamento 
 
 
5 
 
semelhantes. São eles: variação de pressão, área variável, velocidade, tensão induzida, 
deslocamento positivo, redemoinho e força. 
No presente estudo serão abordados apenas os medidores de vazão por diferença de pressão 
e o medidor rotâmetro, que faz parte da categoria de área variável, por uma questão de 
relevância para o estudo que se segue. 
 
2.2.1. Medidor de vazão por pressão diferencial 
O princípio de funcionamento dos medidores por pressão diferencial baseia-se no uso de 
uma mudança de área de escoamento, através de uma redução de diâmetro ou de um obstáculo, 
ou ainda através de uma mudança na direção do escoamento. Estas mudanças de área ou de 
direção provocam uma aceleração local do escoamento, alterando a velocidade e, em 
consequência, a pressão local. Dessa forma, é possível determinar a vazão, uma vez que, a 
variação de pressão é proporcional ao quadrado da vazão. 
 
2.2.1.1.Placas de orifício 
Placas de orifício são muito utilizadas como medidores de vazão na indústria em geral, por 
possuir vantagens como: simplicidade, custo relativamente baixo, ausência de partes móveis, 
pouca manutenção, aplicação para muitos tipos de fluidos e instrumentação externa. Porém, há 
algumas desvantagens, como uma considerável perda de carga, assim como o desgaste da placa, 
que necessita ser substituída de tempos em tempos. 
A placa de orifício consiste num disco precisamente perfurado com saída em ângulo que 
deve ser montado perpendicular ao eixo do conduto cilíndrico, sendo essencial que as bordas 
do orifício estejam sempre em excelentes condições, para não prejudicar a precisão da medição. 
Essas placas são fabricadas, geralmente, de aço inox, monel, latão e outros, a depender do fluido 
de escoamento. 
O orifício da placa pode ser concêntrico, muito utilizado para fluidos que não contenham 
sólidos em suspensão; excêntrico, para fluídos com sólidos em suspensão; e segmental, 
destinada a fluidos laminados e com alta porcentagem de sólidos em suspensão (DELMÉE, 
1982). 
 
 
6 
 
 
Figura 1: Tipos de orifício para placas de orifício. (a) orifício concêntrico. (b) orifício excêntrico. (c) 
orifício segmental. 
Fonte: Google Imagens. 
 
2.2.1.2.Tubos de Venturi 
Segundo Déelme (1982), a principal diferença entre o tubo de Venturi e a placa de orifício 
é que, no primeiro, o fluido acompanha constantemente as paredes do tubo, evitando perdas de 
carga, já no segundo, o fluido passa por uma grande perda de carga causada pela abrupta 
interrupção da placa. 
O tubo de Venturi é composto por quatro partes: a primeira região é um tubo de diâmetro 
igual ao do tubo de entrada, depois o tubo converge através de um cone de entrada onde a 
velocidade do fluido aumenta e a baixa pressão é medida, em uma terceira região o diâmetro 
diverge (cone de saída) e, por fim, a seção final do tubo é constante e igual ao do tubo inicial 
(CAETANO, 2014). 
 
Figura 2: Tubo de Venturi. 
Fonte: Çengel e Cimbala, 2007. 
 
A menor seção do Venturi é chamada de garganta, esse ponto é projetado para se 
uniformizar a distribuição de velocidade. Nele pode-se acrescentar um anel piezométrico para 
medição da pressão estática e, com base nas pressões de entrada e pressão na garganta, 
juntamente com outros dados, pode-se determinar a vazão mássica teórica no Venturi(CAETANO, 2014). 
 
 
 
 
 
7 
 
2.2.1.3. Tubo de Pitot 
O tubo de Pitot consiste em dois tubos coaxiais de pequeno diâmetro com uma abertura em 
sua extremidade, sendo esta colocada na direção da corrente fluida de um duto (a extremidade 
do tubo interno mede a pressão total) e, ao medir a pressão estática com outro tubo, é possível 
calcular a velocidade como função da diferença de pressão. 
O tubo de Pitot pode ser utilizado em diversos fluidos e em diferentes faixas de velocidades 
que variam desde baixo regime subsônico até velocidades supersônicas. Com um tubo de Pitot, 
mede-se normalmente a velocidade pontual de uma corrente fluida. E possível, entretanto, fazer 
uma exploração das velocidades locais de vários pontos de uma canalização fechada e aplicar 
a estes valores um tratamento adequado para deduzir a vazão e com o uso de correções 
apropriadas pode-se obter medidas de vazão com alta precisão. Contudo, a técnica também 
apresenta desvantagens dentre as quais pode-se citar a erro em baixas velocidades, a 
incapacidade de medição de escoamentos reversos e dificuldade de se obter resposta em alta 
frequência (DELMÉE, 1982). 
 
Figura 3: Tubo de Pitot. 
Fonte: Google Imagens. 
 
2.2.2. Medidor de vazão por área variável 
2.2.2.1.Rotâmetro 
Um rotâmetro consiste num tubo transparente cônico afilado vertical, feito de vidro ou 
plástico com um flutuador interno que se movimenta livremente, de acordo com o fluxo. À 
medida que o fluido escoa através do tubo afilado, o flutuador sobe dentro do tubo até um local 
onde o peso do flutuador, a força de arrasto e a força de flutuação se equilibrem e a força 
resultante que age sobre o flutuador seja zero. A vazão é determinada simplesmente pela 
comparação entre a posição do flutuador e a escala de escoamento graduada na parte de fora do 
tubo transparente afilado (ÇENGEL & CIMBALA, 2007). 
 
 
8 
 
 
Figura 4: Rotâmetro. 
Fonte: Çengel e Cimbala, 2007. 
 
2.3. Análise de dados experimentais 
A preocupação fundamental do experimentador que realiza uma medição é, naturalmente, 
a de tomar todas as precauções para reduzir os erros durante a experiência. No entanto, todas 
as medições são afetadas por um erro experimental, que pode ser causado por inevitáveis 
limitações dos aparelhos de medida ou pelos sentidos humanos (visão, audição, etc.) que 
registram a informação. 
Existem diversos métodos planejamento de experimentos, uma delas é a análise de 
variância (ANOVA). ANOVA é um método para testar a igualdade de três ou mais médias 
populacionais, baseado na análise das variâncias amostrais. Os dados amostrais são separados 
em grupos segundo uma característica (fator ou tratamento), que permite distinguir diferentes 
populações umas das outras. Este método compara todas as médias em um único teste e visa 
identificar a existência de ao menos uma diferença entre grupos, se alguma existir. Caso o 
resultado seja significativo, aplica-se posteriormente uma das várias técnicas existentes de 
comparações múltiplas entre as médias. Estes procedimentos permitem identificar quais as 
populações são diferentes entre si, mantendo controlado o nível de significância do teste. 
 
 
 
 
 
 
 
9 
 
3. REFERÊNCIAS 
CAETANO, Naitha Mallmann. Modelagem e simulação do escoamento em um venturi. 
2014. 51 f. TCC (Graduação) - Curso de Engenharia Mecâmica, Departamento Acadêmico de 
Mecânica, Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Ponta Grossa, 2014. 
ÇENGEL, Y.A.; CIMBALA, J.M. Mecânica dos Fluidos – Fundamentos e Aplicações, 
1ª Edição, Editora McGrawHill, 2007. 
DELMÉE, Gérard Jean. Manual de Medição de Vazão. 2. ed. São Paulo: Edgar Blucher 
Ltda., 1982.