4 - Ultrassom, Turbina

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INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL II
LUCIANO LEONARDO SAMPAIO FORTES – 2010/1
• DESENVOLVIDO PARA MEDIÇÃO DE LÍQUIDOS LIMPOS EM TUBULAÇÕES
FECHADAS SEM QUALQUER CONTATO FÍSICO ENTRE O MEDIDOR E O MEIO
MEDIDO;
• NÃO EXISTE A CRIAÇÃO DE TURBULÊNCIA OU PERDA DE CARGA;
• POSSIBILITA A MEDIÇÃO DE LIQUIDOS ALTAMENTE CORROSIVOS, NÃO
CONDUTORES OU MUITO VISCOSOS;
• EXISTEM NA VERSÃO FIXA E PORTÁTIL(Maleta autônoma -> Computador de
Vazão, indica posição dos transdutores e relatórios);
•APLICÁVEL EM TUBULAÇÕES DE ATÉ 6”;
• PRECISÃO ELEVADA (0,5% DO SPAN);
•MEDIDA INDEPENDENTE DA TEMPERATURA, DENSIDADE, VISCOSIDADE E
PRESSÃO DO FLUIDO.
 PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO:
• FUNDAMENTA-SE NO PRINCÍPIO DE PROPAGAÇÃO DE
SOM EM UM LIQUIDO;
• OS PULSOS SONOROS SÃO GERADOS POR UM
TRANSDUTOR PIEZOELÉTRICO QUE TRANSFORMA UM
SINAL ELÉTRICO EM VIBRAÇÃO, QUE É TRANSMITIDO NO
LIQUIDO;
 TIPOS PRINCIPAIS DE MEDIDORES:
• MEDIDOR POR TEMPO DE PASSAGEM;
• MEDIDOR POR EFEITO DOPPLER.
PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO:
• BASEIA-SE NA DIFERENÇA DO TEMPO PARA UM PULSO ULTRA-SÔNICO
ALCANÇAR UMA DISTÂNCIA FIXA, SENDO SENSÍVEL A SÓLIDOS SUSPENSOS OU
BOLHAS DE AR NO FLUIDO
• SÃO UTILIZADOS DUAS UNIDADES TRANSMISSORAS\RECEPTORAS, FIXADAS
DE TAL FORMA QUE SUA LINHA DE LIGAÇÃO, DE COMPRIMENTO L, FORME UM
ÂNGULO CONHECIDO COM O VETOR VELOCIDADE DO FLUIDO;
• OS PULSOS APLICADOS À JUSANTE SOFREM UM ACRESCIMENO DE
VELOCIDADE DEVIDO A VELOCIDADE DO FLUIDO; JÁ OS PULSOS APLICADOS
A MONTANTE SOFREM UMA DESACELERAÇÃO DEVIDO A VELOCIDADE DO
FLUIDO;
•A DIFERENÇA DO TEMPO DE PASSAGEM É PROPORCIONAL À VELOCIDADE
DO FLUXO E TAMBÉM A VAZÃO.
 PROCEDIMENTO SIMPLES
 USADO EM MEIO INDUSTRIAL E 
HOSPITALAR (EQUIPAMENTOS 
BIOMÉDICOS PARA MEDIÇÃO DE FLUXO 
SANGUÍNEO).
 A VELOCIDADE DO FLUXO SÃO SOMADAS 
OU SUBTRAÍDAS 
VETORIALMENTE(DEPENDE DA 
INSTALAÇÃO), E O TOTALREPRESENTA A 
VELOCIDADE MÉDIA DO FLUXO 
 O MEDIDOR DETERMINA O TEMPO 
DIFERENCIAL ENTRE DOIS PULSOS ULTRA-
SÔNICOS, T21 E T 12 PELO FLUXO
 UM PULSO ULTRA-SÔNICO É TRANSMITIDO 
DO SENSOR 1 AO SENSOR 2 COM UM 
FLUIDO MOVENDO-SE A UMA VELOCIDADE 
MÉDIA E COM UM ÂNGULO 
d = DISTÂNCIA ENTRE OS DOIS TRANSDUTORES
= VELOCIDADE DO SOM NAS CONDIÇÕES DE OPERAÇÃO
= ÂNGULO ENTRE OS EIXOS DO CONDUTOR E O CAMINHO 
ACÚSTICO
= VELOCIDADE MÉDIA NA DISTÂNCIA d
 GERAMENTE OS TRANSDUTORES USADOS 
SÃO TRANSCEIVERS, SENDO ASSIM A 
DIFERENÇA NO TEMPO PERCORRIDO 
PODE SER DETERMINADA COM O MESMO 
PAR DE TRANSDUTORES, CUJA 
VELOCIDADE MÉDIA , AO LONGO DO 
CAMINHO É DADA POR
 VANTAGENS:
 DIVERSOS TIPOS DE LÍQUIDOS E GASES 
PODEM SER MONITORADOS
 A DIREÇÃO DO FLUXO PODE SER 
DETERMINADA
 SÃO RELATIVAMENTE INSENSÍVEIS A 
VISCOSIDADE, TEMPERATURA E 
VARIAÇÕES NA MASSA ESPECÍFICA DO 
FLUIDO
 APRESENTAM ALTA PRECISÃO
 MAIS POPULAR
 MENOR PRECISÃO COMPARADA AO DE 
TEMPO
 CHRISTIAN DOPPLER:
 “ O COMPRIMENTO DE ONDA DO SOM, 
PERCEBIDO POR UM OBSERVADOR 
ESTACIONÁRIO, PARECE CURTO QUANDO A 
FONTE ESTÁ SE APROXIMANDO E LONGO 
QUANDO ESTÁ SE AFASTANDO.”
• A VARIAÇÃO DE FREQÜÊNCIA É PROPORCIONAL A VELOCIDADE 
RELATIVA ENTRE EMISSOR E O RECEPTOR, QUANDO UMA 
PARTÍCULA REFLETORA SE MOVIMENTA EM RELAÇÃO A UM 
RECEPTOR ESTACIONÁRIO;
• O EMISSOR E O RECEPTOR ENCONTRAM-SE ALOJADOS LADO A 
LADO OU OPOSTOS NA MESMA VERTICAL ;
• O SINAL POSSUI FREQÜÊNCIA E AMPLITUDE CONSTANTES, E É 
TRANSMITIDO PARA O VETOR VELOCIDADE DE MANEIRA QUE SE 
FORME UM ÂNGULO CONHECIDO;
• QUANDO O SINAL INCIDE NUMA PARTICULA CONDUZIDA PELO 
FLUIDO, A REFLEXÃO FAZ SUA FREQÜÊNCIA ALTERAR;
 UM SINAL COM FREQUEÊNCIA SÔNICA 
(0,640 MHz a 1,2MHz) É TRANSMITIDO E 
QUALQUER DESCONTINUIDADE, COMO 
SÓLIDOS E BOLHAS REFLETE O SINAL ATÉ 
O RECEPTOR.
 A VELOCIDADE DO LÍQUIDO TEM UMA 
FREQUÊNCIA QUE É DESLOCADA ATÉ O 
RECEPTOR PROPORCIONAL À VELOCIDADE
 PRECISÕES DE +-5% DO FS
A DIFERENÇA DE FREQUÊNCIAS GERA UM “BATIMENTO”, A VAZÃO É 
CALCULADA PELA FREQUÊNCIA DE BATIMENTOS.
= VELOCIDADE MÉDIA DO FLUXO
Ct = VELOCIDADE DO SOM NA SUPERFÍCIE DO TRANSDUTOR
f0 = FREQUÊNCIA DE TRANSMISSÃO
f1 = FREQUÊNCIA REFLETIDA
 = ÂNGULO DOS TRANSMISSORES E RECEPTORES COM RELAÇÃO AO EIXO 
DA TUBULAÇÃO
 VANTANGES PASSAGEM:
• MAIS PRECISO PARA FUIDO NÃO UNIFORMEMENTE SUJO E
LIMPOS
• USADO EM MEDIÇÕES DE ESGOTO
 VANTAGENS DOPPLER
 USADO PARA FLUIDOS COM GRANDE DENSIDADE DE
SUJEIRA
 DESVANTAGENS DOPPLER
 PRECISÃO NÃO CONFIÁVEL, DEPENDE DE ONDE TEM
MAIOR CONCENTRAÇÃO DE PARTÍCULAS.
MEDIDORES POR EFEITO DOPPLER
• ESTES MEDIDORES DE VAZÃO SÃO, NA
REALIDADE, MOTORES MOVIDOS PELA
PASSAGEM DE FLUIDO.
• O NÚMERO DE ROTAÇÕES DO MOTOR ESTÁ
ASSOCIADO À VAZÃO DO FLUIDO.
• USAM PARTES MÓVEIS QUE SE MOVIMENTAM
DE ACORDO COM A VAZÃO.
 NÃO NECESSITAM DE FONTE DE ALIMENTAÇÃO.
 USADOS PARA FLUIDOS LIMPOS
 USADO PARA MEDIÇÃO DE VAZÃO DE 
ÁGUA
 COMUM EM RESIDÊNCIAS
 PRECISÃO DE 1 A 2 %
 EXTERNO:BRONZE OU PLÁSTICO
 INTERNO: BRONZE, ALUMÍNIO, NEOPRENE
ÁGUA FLUI PELA CÂMARA, GIRA O PINO 
QUE ROTACIONA A HASTE ACOPLADA A 
UM REGISTRADOR MECÂNICO OU A UM 
TRANSMISSOR DE PULSO ONDE SE 
UTILIZA UM IMÃ PERMANENTE COMO 
SENSOR EXTERNO
O FLUXO É PROPORCIONAL À 
VELOCIDADE ROTACIONAL DO EIXO.
 DOIS ROTORES MONTADOS DENTRO DE UMA 
CARCAÇA QUE GIRAM EM SENTIDOS OPOSTOS
 CADA CICLO DE ROTAÇÃO PERMITE A PASSAGEM 
DE UM VOLUME CALIBRADO
 ESCOAMENTO TOTALIZADO PELO NÚMERO DE 
CICLOS DO ROTOR.
 USADOS PARA PRESSÕES DE ATÉ 80 BAR (800 
KPa) E SOB TEMPERATURAS DE ATÉ 600ºC
 USADO PRINCIPALMENTE PARA GASES
 OS LÓBULOS GIRAM DEVIDO A PEQUENA 
DIFERENÇA DE PRESSÃO ENTRE ENTRADA E A 
SAÍDA
 A VELOCIDADE É PROPORCIONAL AO VOLUME 
DE GÁS DESLOCADO.
 SÃO TIPICAMENTE USADOS EM LÍQUIDOS 
VISCOSOS
 USADOS ONDE OUTROS MEDIDORES SÃO 
COMPLICADOS.
 POSTOS ÍMAS SOB AS ENGRENAGENS, 
ONDE UM SENSOR REED-SWITCH OU DE 
EFEITO HALL PODE DETECTAR QUANDO 
FOR REALIZADO UMA VOLTA.
 MESMO PRINCÍPIO QUE AS ENGRENAGENS 
OVAIS
 CONSISTE BASICAMENTE DE UM ROTOR PROVIDO DE 
PALHETAS
 A VELOCIDADE ROTAÇÃO É PROPORCIONAL A 
VELOCIDADE DO FLUIDO
 O MOVIMENTO É DETECTADO POR UM DISPOSITIVO DE 
ESTADO SÓLIDO (RELUTÂNCIA, INDUTÂNCIA, 
CAPACITÂNCIA OU POR EFEITO HALL) OU SENSOR 
MECÂNICO
 A FREQUÊNCIA DOS
PULSOS É PROPORCIONAL 
À VELOCIDADE DO FLUIDO. 
AVAZÃO PODE SER DETERMINADA
PELA CONTAGEM DOS PULSOS
 VANTAGENS
 ELEVADA PRECISÃO PARA LIQUIDOS E GASES
 PEQUENO E LEVE
 ALTA CAPACIDADE DE VAZÃO
 FAIXA DE PRESSÃO E TEMPERATURA AMPLAS
 ESCALA LINEAR PARA VELOCIDADES MEDIAS E ELEVADAS.
 EXCELENTE REPETIBILIDADE
 PODE SER USADO EM VAZÃO BIDIRECIONAL (ALTERA “K”)
 DESVANTAGENS
 PROJETO TRABALHOSO E COMPLEXO
 USADO APENAS PARA FLUIDOS LIMPOS
 NÃO É USADO PARA FLUIDOS COM BAIXA NUMERO DE REYNOLDS
 USO EM REGIME LAMINAR
 CARACTERÍSTICA NÃO LINEAR PRA BAIXAS VELOCIDADES
 NECESSITA DE TRANSMISSOR
 O FATOR “K” TENDE A SER CONSTANTE, PORÉM A ELEVADAS VISCOSIDADES O 
“K” VARIA COM A VISCOSIDADE
 FATOR “K”
 É o coeficiente de vazão de cada turbina e 
relaciona o número de pulsos gerados por unidade 
de volume