Relatório Medidores de Nível e Vazão

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO JOÃO DEL-REI 
CAMPUS ALTO PARAOPEBA 
 
 
 
 
 
 
 
MEDIDORES DE VAZÃO E MEDIDORES DE NÍVEL 
 
 
 
 
 
Relatório apresentado como parte das 
exigências da disciplina Instrumentação 
Industrial sob responsabilidade da Profª. 
Aderjane Ferreira Lacerda. 
 
 
 
Karina Takai Pereira 
Thalyta Fonseca Silva 
 
 
 
 
 
 
 
Ouro Branco – MG 
Dezembro/2017 
 
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Sumário 
 
Introdução ......................................................................................................................... 3 
Medidores de Vazão ......................................................................................................... 4 
Medidores de Nível ........................................................................................................ 14 
Referências Bibliográficas .............................................................................................. 20 
 
 
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Introdução 
 
O presente trabalho trata sobre medição de vazão e de nível, mais concretamente sobre 
os tipos de medidores com o objetivo de estudar mais a fundo as formas de se controlar 
esses parâmetros na indústria. A metodologia utilizada para realizar o trabalho foi a 
revisão bibliográfica de alguns documentos encontrados para a pesquisa de medidores. 
 
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Medidores de Vazão 
 
A medição de vazão inclui a determinação da quantidade de líquidos, gases e 
sólidos que passa por um de terminado local na unidade de tempo, como também podem 
ser incluídos os instrumentos que indicam a quantidade total movimentada, num intervalo 
de tempo qualquer. A vazão é uma das principais variáveis em um processo contínuo, 
pois com a sua medição pode-se determinar o controle e balanço de materiais. 
Quando se mede a vazão em unidades de volume, as "condições base" 
consideradas devem ser avaliadas e especificadas. Dessa forma, para os líquidos, é 
importante indicar que a vazão se considera "nas condições de operação", ou a 10 °C, 20 
°C, ou a outra temperatura qualquer. 
Para a medição de vazão é preciso que alguns parâmetros sejam avaliados como: 
1. Calor específico (quociente da quantidade infinitesimal de calor fornecido a 
uma unidade de massa duma substância pela variação infinitesimal de 
temperatura resultante deste aquecimento); 
2. Viscosidade (resistência ao escoamento de um fluido em um duto qualquer); 
3. Tipo de escoamento (regime laminar ou turbulento); 
4. Número de Reynolds (classificação do escoamento); 
5. Distribuição de velocidade em um duto (o regime de escoamento no interior 
de um duto, a velocidade não será a mesma em todos os pontos); 
Existem diversos tipos de medidores de vazão e eles podem se dividir entre 
indiretos, diretos e especiais, como segue o seguinte diagrama: 
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Figura 1: Diagrama dos tipos de medidores de pressão. 
 
Dentro do subtópico de medidores de carga variável, temos: 
1. Tubo de Pitot 
É um dispositivo utilizado para medição de vazão através da velocidade detectada 
em um determinado ponto de tubulação. É um tubo com uma abertura em sua 
extremidade, sendo esta, colocada na direção da corrente fluida de um duto, mas em 
sentido contrário. A diferença entre a pressão total e a pressão estática da linha nos 
fornecerá a pressão dinâmica a qual é proporcional ao quadrado da velocidade. 
 
Figura 2: Medidor de vazão tipo Tubo de Pitot. 
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Determina-se assim um diferencial de pressão, que corresponde a pressão 
dinâmica e com o valor dessa pressão calculada, obtém-se a velocidade de um ponto de 
medição. 
O tubo de Pitot mede apenas a velocidade do ponto de impacto e não a velocidade 
média do fluxo. Assim sendo, a indicação da vazão não será correta se o tubo de impacto 
não for colocado no ponto onde se encontra a velocidade média do fluxo. 
 
2. Tubo Venturi 
Segundo a lei de Venturi: “Os fluidos sob pressão, na passagem através de tubos 
convergentes; ganham velocidade e perdem pressão, ocorrendo o oposto em tubos 
divergentes”. 
Caso seja utilizado um tubo convergente ou restrição, num conduto através do 
qual passa um fluido, a sua velocidade aumenta enquanto passa pela seção menor, já que 
num dado tempo a mesma quantidade do fluido passa pelo tubo, tanto na seção menor 
como no trecho de diâmetro mais largo. 
O tubo Venturi combina dentro de uma unidade simples uma curta “garganta” 
estreitada entre duas seções cônicas e está usualmente instalada entre duas flanges, numa 
tubulação seu propósito é acelerar o fluido e temporariamente baixar sua pressão estática. 
São fornecidas conexões apropriadas de pressão para observar a diferença nas pressões 
entre a entrada e a porta estreitada ou garganta. 
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Figura 3: Medidor de vazão tipo Tubo Venturi. 
 
3. Tubo de Dall 
Esse tubo proporciona uma recuperação de pressão muito maior do que a obtida 
por um tubo Venturi, já que ele é desprovido de garganta, é menor e mais simples. Possui 
um curto cone convergência, que começa em diâmetro algo inferior diâmetro de conduto. 
Há a seguir um espaço anular na “garganta”, seguido pelo cone divergente. O fluido ao 
passar pelo tubo, pode entrar pelo espaço anular entre o tubo de Dall que funciona como 
um revestimento interno do tubo e, este último transmitindo assim, uma pressão média, 
do “gargalo”, ao instrumento de medida através de uma derivação no tubo, nesse ponto. 
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Figura 4: Medidor de vazão tipo Tubo de Dall. 
 
4. Annubar 
Este dispositivo consiste em um pequeno par de pontos de prova sensores de 
pressão montadas perpendicularmente ao fluxo. A barra sensora de pressão a jusante 
possui um orifício que está posicionado no centro do fluxo de modo a medir a pressão do 
fluxo a jusante. A barra sensora de pressão de montante possui vários orifícios, estes 
orifícios estão localizados criteriosamente ao longo da barra, de tal forma que cada um 
detecta a pressão total de um anel. Cada um destes anéis tem área da seção transversal 
exatamente igual às outras áreas anulares detectadas por cada orifício. 
 
Figura 5: Medidor de vazão tipo Annubar. 
 
5. Placa de orifício 
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A placa de orifício é o elemento primário mais simples e de menor custo inserido 
em uma tubulação para gerar uma pressão diferencial. Consiste basicamente de uma 
chapa metálica, perfurada de forma precisa e calculada, a qual é instalada 
perpendicularmente ao eixo da tubulação entre flanges. É essencial que as bordas do 
orifício estejam sempre perfeitas, porque, se ficarem gastas, corroídas pelo fluido, a 
precisão da medição será comprometida. A placa de orifício pode ser ajustada mais 
convenientemente entre flanges de tubo adjacentes e pontos de tomadas de impulso feitos 
em lugares adequados, um montante da placa e o outro em um ponto no qual a velocidade, 
devido à restrição, seja máxima. Este ponto não é próprio orifício porque, devido à inércia 
do fluido, a área de sua secção transversal continua a diminuir após passar através do 
orifício, de forma que sua velocidade máxima está a jusante do orifício. É neste ponto que 
a pressão é mais baixa e a diferença de pressão a mais acentuada. 
 
Figura 6: Medidor de vazão tipo Placa de Orifício. 
 
Dentro do subtópico de medidores de área variável, temos o rotâmetro: 
Rotâmetro são medidores de vazão por área variável nos quais um flutuador varia 
sua posição dentro de um tubo cônico, proporcionalmente à vazão do fluido. Basicamente 
um rotâmetro consiste de duas partes: um tubo de vidro de formato cônico que é colocado 
verticalmente na tubulação e um flutuador dentro do tubo cônico que se moverá 
verticalmente, em função da vazão medida. 
O fluido passa através no tubo da base para o topo. Quando não há vazão o 
flutuador permanece na base do tubo e seu diâmetro maior é usualmente selecionado de 
tal maneira que o bloqueia a pequena extremidade do tubo, quase que completamente. 
Quando a vazão começa e o fluido atinge o flutuador,o empuxo torna o flutuador mais 
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leve, porém como o flutuador tem uma densidade maior que a do fluido, o empuxo não é 
suficiente para levantar o flutuador. Com a vazão, surge também uma força de atrito, entre 
o fluido e o flutuador, que tende a leva-lo para cima, a chamaremos de força de arraste. 
Quando a vazão atinge um valor que faça a força de arraste ser maior que a força peso do 
flutuador, este começará a subir. Se o tubo fosse paralelo o flutuador subiria até o topo; 
mas sendo cônico a força de arraste diminui à medida que o flutuador sobe até estabilizar 
em uma nova posição (pois aumenta a área disponível para a passagem do fluido). 
Qualquer aumento na vazão movimenta o flutuador para a parte superior do tubo de vidro 
e a diminuição causa uma queda a um nível mais baixo. Cada posição sua corresponde a 
um valor determinado de vazão e somente um. É somente necessário colocar uma escala 
calibrada na parte externa do tubo e a vazão poderá ser determinada pela observação 
direta da posição do flutuador. 
 
Figura 7: Medidor de vazão tipo Rotâmetro. 
 
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Dentro do subtópico de medidores de deslocamento positivo, temos como 
exemplo o disco nutante: 
Este tipo de medidor é utilizado principalmente para medidores de vazão de água, 
já que o líquido entra no medidor através da conexão de entrada, passa por um filtro indo 
ao topo da carcaça principal. O fluido então se movimenta para baixo, através da câmara 
de medição, indo até a base do medidor e daí a conexão da saída do medidor. 
 
Figura 8: Medidor de vazão tipo Disco Nutante. 
O movimento do disco é controlado de tal forma que quando o líquido entra na 
câmara de medição, impele o pistão de medição o qual efetua um movimento de nutação 
completa em cada rotação. Estes movimentos são transmitidos por um conjunto de 
engrenagens ou acoplamento magnético ao indicador. 
Dentro do subtópico de medidores de velocidade pelo impacto do fluido, temos 
como exemplo o medidor de turbina: 
Um medidor de vazão tipo turbina consiste basicamente de um rotor provido de 
palhetas, suspenso numa corrente de fluido com seu eixo de rotação paralelo a direção do 
fluxo. O rotor é acionado pela passagem de fluido sobre as palhetas em ângulo; a 
velocidade angular do rotor é proporcional à velocidade do fluido que, por sua vez, é 
proporcional à vazão do volume. Uma bobina sensora na parte externa do corpo do 
medidor, detecta o movimento do rotor. 
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Figura 9: Medidor de vazão tipo Turbina. 
Esta bobina é alimentada, produzindo um campo magnético. Como as palhetas do 
rotor são feitas de material ferroso, à medida que cada palheta passa em frente à bobina 
corta o campo magnético e produz um pulso. O sinal de saída é uma sequência de pulsos 
de tensão, em que cada pulso representa um pequeno volume determinado de líquido. 
Dentro do subtópico de medidores especiais, tem-se: 
1. Por Eletromagnetismo 
O princípio de medição é baseado na lei de Faraday que diz que: “Quando um 
condutor se move dentro de um campo magnético, é produzida uma força eletromotriz 
(f.e.m.) proporcional a sua velocidade.” Vamos supor que nós temos um campo 
magnético, com densidade de fluxo magnético igual a B (gauss), aplicado a uma seção de 
uma tubulação com diâmetro D (cm), como mostrado na figura 10. 
 
Figura 10: Medidor de vazão por Eletromagnetismo. 
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2. Por Ultra-som 
A técnica de medição de vazão por ultra-som vem adquirindo crescente 
importância para a medição industrial de vazão de fluidos em tubulações fechadas. Como 
a medição de vazão ultra-som é feita, geralmente, sem contato com o fluido não há criação 
de turbulência ou perda de carga, que era causada pelos medidores de vazão como placas 
de orifício, entre outros. Além disso, possibilita a medição de vazão de fluidos altamente 
corrosivos, líquidos não condutores, líquidos viscosos. 
3. Tipo Vortex 
O efeito vortex pode ser observado no vibrar de fios ou cordas ao vento, ou ainda 
em uma bandeira que tremula. Os vortex gerados repetem-se num tempo inversamente 
proporcional à vazão. 
 
Figura 11: Medidor de vazão tipo Vortex. 
 
 
 
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Medidores de Nível 
 
Comparada com outras grandezas, como vazão e viscosidade, o nível é mais 
simples e fácil de medir, podendo ser utilizada uma barra graduada apenas. Porém, apesar 
de sua simplicidade possui uma importância elevada, pois a medição de nível industrial, 
por exemplo, exige que seja gerado um sinal para evitar possíveis acidentes ou erros. O 
medidor de nível é utilizado para a análise de sistemas de medição, envolvendo contagem 
de líquidos, sólidos, vapor e gases, considerando vantagens e desvantagens na função de 
cada um desses visores. 
Este equipamento foi projetado para analisar com exatidão o volume de 
determinadas substâncias contando com estoques específicos em controle seguro, 
contribuindo assim par a segurança em processos de diversas aplicações. Através do 
mesmo é possível avaliar o volume estocado, fazer o balanceamento de materiais em 
processo e aumentar a segurança e controle de alguns processos. 
São divididos para medição de líquidos e sólidos, com alta resistência à corrosão 
e sensibilidade adequada, com baixo custo de instalação e pouca necessidade de 
manutenção, com alta ou baixa potência entre a análise de materiais de diferentes, de 
forma direta, descontínua ou indireta. 
Na medição de nível direta, toma-se como referência a posição do plano superior 
da substância a ser medida, neste tipo de medição pode-se utilizar réguas, gabaritos, 
visores de nível, boia ou flutuadores. Na medição de nível indireta o nível é medido 
indiretamente em função de grandezas físicas como: pressão, empuxo radiação e 
propriedades elétricas. Na medição de nível descontínua são empregados apenas quando 
o nível atinge certos pontos desejados como em sistemas de alarme e segurança de nível 
alto ou baixo. 
Os medidores de nível são classificados, normalmente de acordo com o seu 
princípio de funcionamento. Podemos destacar alguns tipos de medidores de nível como 
régua, flutuadores, com eletrodos metálicos, por pressão hidrostática, capacitivos, 
vibratórios, ópticos, por onda sonora, radioativos, por célula de carga e com pás rotativas. 
 
 
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1. Régua ou gabarito 
Se trata de uma régua graduada que possui um comprimento adequado para ser 
introduzido em um reservatório a ser medido. A determinação do nível será feita de forma 
direta do comprimento molhado na régua pelo líquido. 
 
Figura 12: Medidor de nível tipo régua. 
2. Flutuadores 
São bastante simples, é um instrumento de medição tipo boia, a mesma é presa a um 
cabo que tem sua extremidade ligada a um contrapeso. No contrapeso está fixo um 
ponteiro que indicará diretamente o nível em uma escala, essa medição é normalmente 
encontrada em tanques abertos. Esse tipo de medidor é bastante simples e de baixo custo, 
porém por ter contato direto com o fluido, pode ser apenas utilizado em líquidos 
relativamente limpos e não corrosivos, a temperaturas não muito elevadas. A viscosidade 
do fluido também não pode ser muito elevada. 
 
Figura 13: Medidor de nível tipo flutuador. 
 
3. Visores de nível 
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Usa o princípio de vasos comunicantes, o mesmo é observado por um visor de vidro 
especial, podendo conter uma escala graduada acompanhado ao visor. São mais simples 
e de baixo custo, precisos e de indicação direta. Pode ser utilizado em tanques abertos ou 
fechados. 
 
Figura 14: Visor de nível. 
4. Pressão hidrostática 
Neste tipo de medição usa-se a pressão exercida pela altura da coluna líquida, para 
medir indiretamente o nível. Utiliza-se um transmissor de pressão diferencial cuja cápsula 
sensora é dividida em duas câmaras: a de alta pressão (H) e de baixa pressão (L), mede-
se a pressão diferencial subtraindo a pressão da câmara alta (H) da câmara baixa (L). Essa 
técnica permite que a medição seja feita independentementedo formato do tanque, se é 
aberto ou não. 
 
Figura 15: Medidor de nível por Pressão hidrostática 
 
5. Medição de nível com borbulhador 
Com o sistema borbulhador pode-se detectar o nível de líquidos viscosos, corrosivos, 
ou quaisquer líquidos a distância. Para esse sistema utiliza-se um suprimento de gás ou 
ar e uma pressão ligeiramente superior à máxima pressão hidrostática exercida pelo 
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líquido. Ajusta-se a vazão de ao ou gás até que se observe a formação de bolhas em 
pequenas quantidades. 
 
Figura 16: Medição de nível com Borbulhador. 
 
6. Medição de nível por empuxo 
Baseado no princípio de Arquimedes, usa-se um deslocador que sofre o empuxo do 
nível do líquido, transmitindo para um indicador este movimento, por meio de um tubo 
de torque. O medidor deve ter um dispositivo de ajuste para densidade do líquido cujo 
nível está sendo medido, pois o empuxo varia com a densidade. 
 
 
Figura 17: Medição de nível por empuxo. 
 
7. Medição de nível por capacitância 
A capacidade do conjunto depende do nível do líquido, pois à medida que o nível do 
tanque for aumentando, o valor da capacitância aumentará progressivamente devido ao 
dielétrico ar ser substituído pelo dielétrico líquido. 
 
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Figura 18: Medição de nível por capacitância. 
 
8. Medição de nível por ultrassom 
O ultrassom consiste em uma onda sonora cuja frequência de oscilação é maior que 
aquela sensível pelo ouvido humano. A propagação do ultrassom depende, portanto, do 
meio (sólido, líquido ou gasoso). A velocidade do som é a base para a medição através 
da técnica de eco, usada nos dispositivos ultrassônicos. 
 
Figura 19: Medição de nível por ultrassom. 
 
9. Medição de nível por radiação 
Os sistemas de radiação são utilizados para medição de nível de líquidos, polpas ou 
sólidos granulados em aplicações onde nenhuma outra tecnologia disponível pode ser 
aplicada. Esses sistemas consistem de uma fonte de emissão de raio gama, um detector 
tipo câmara de ionização ou cintilação e uma unidade eletrônica conversora e 
transmissora de sinal. 
 
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Figura 20: Medição de nível por radiação. 
 
 
 
 
 
 
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Referências Bibliográficas 
 
1. Disponível em: 
http://www.sollwert.com.br/site/manuais/instrumentacao_e_controle_de_acesso/13/
parte_13.pdf. Acesso em 17 de dezembro de 2017. 
2. Disponível em: http://www.dwyler.com.br/medidor-de-nivel/. Acesso em 17 de 
dezembro de 2017. 
3. Disponível em: https://www.dca.ufrn.br/~acari/Sistemas. Acesso em 17 de dezembro 
de 2017. 
 
 
 
http://www.sollwert.com.br/site/manuais/instrumentacao_e_controle_de_acesso/13/parte_13.pdf
http://www.sollwert.com.br/site/manuais/instrumentacao_e_controle_de_acesso/13/parte_13.pdf
http://www.dwyler.com.br/medidor-de-nivel/
https://www.dca.ufrn.br/~acari/Sistemas