Apostila Instrumentação Básica Vazão e Pressão

Apostila Instrumentação Básica Vazão e Pressão

INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA (Vazão e Pressão)

MEDIÇÃO DE VAZÃO

CONCEITO:

A vazão é definida como a quantidade de um fluido que passa em uma determinada seção em uma tubulação em uma unidade de tempo.

PLACA DE ORIFÍCIO:

A placa de orifício é o tipo de elemento é o tipo de elemento primário mais comum para a medição de vazão, pelo método de pressão diferencial.

É um dispositivo simples e pode ser fabricado com boa precisão dimensional. A forma mais comum é a de um disco de metal com um furo excêntrico e uma haste lateral, que serve para manutenção e para inscrição de dados de identificação.

Funciona como uma restrição na tubulação e quando um fluido passa através dela, provoca uma pressão diferencial que será medida e relacionada com a vazão.

A vazão é o proporcional a raiz quadrada da pressão diferencial e pode ser definida pela formula simplificada abaixo:

Onde:

Q = vazão

K = Constante

P = Pressão diferencial

As principais “vantagens” das placas de orifício são:

  • A simplicidade do instrumento.

  • A sua robustez.

  • Custo relativamente baixo.

Porém possui também algumas desvantagens, dentre elas:

  • Possui perda de carga não desprezível

  • Possui baixa largura de faixa.

  • Atualmente existem equipamentos mais modernos

TUBO DE VENTURI:

O tubo de venturi tem o seu funcionamento bem semelhante ao da placa de orifício. Consta de um tubo, que tem uma seção cônica de diâmetro decrescente na entrada, uma seção paralela no centro e uma seção cônica de diâmetro decrescente na saída. Funciona também como uma restrição na tubulação e na passagem do fluido provoca uma pressão diferencial que é medida e relacionada com a vazão.

Suas principais vantagens em relação á placa de orifício é que a perda de carga permanente é bem menor, pois não possuem mudanças bruscas de seção e também não possuem cantos em que possa haver acumulo de sedimentos. Por este motivo, ele é freqüentemente utilizado em medição de líquidos que contem sólidos em suspensão.

TUBO DE PITOT:

O tubo de pitot é outro medidor de vazão que utiliza o método de pressão diferencial, mas o seu princípio difere um pouco dos outros medidores descritos anteriormente.

Sua construção é feita de um tubo com um orifício lateral que mede a pressão estática e outro orifício frontal, chamado de orifício de impacto que mede a pressão dinâmica.

A pressão diferencial é proporcional ao quadrado da velocidade e esta é diretamente proporcional a vazão. A sua vantagem é que praticamente não provoca perda de carga. Suas desvantagens em relação a outros medidores são:

  1. O diferencial gerado é mais ou menos quatro vezes menor em relação à placa de orifício,

  2. É muito sensível à perturbação de fluxo,

  3. Não convém usar em fluidos contendo sólidos em suspensão, devido a problemas de entupimento,

  4. A velocidade do fluido dentro da tubulação é maior no centro que nas bordas, sendo necessário obter a velocidade média, podendo isto provocar erros.

Estas desvantagens o tornam muito pouco usado industrialmente.

ROTÂMETROS:

O rotâmetro é um medidor de vazão do tipo área variável. Ele é construído de um tubo em geral de vidro, de forma cônica, contendo um flutuador que pode se mover livremente no sentido vertical.

O fluido entra pela parte inferior, passa ao redor do flutuador e sai pela parte superior. A passagem do fluido através do tubo tende a levantar o flutuador.

Como a pressão diferencial é constante para qualquer vazão, sabe-se que a área é diretamente proporcional a vazão.

Considerando-se ainda que a área disponível varia linearmente à medida que o flutuador se move para cima, pode-se, portanto gravar uma escala no tubo, indicando diretamente a vazão.

Nos casos em que o vidro não pode ser utilizado devido a alta pressão ou outro motivo qualquer, pode-se usar um tubo metálico, a transmissão do movimento do flutuador para a parte externa seria feita por um ímã. Desta maneira pode-se acoplar um indicador ou transmissor.

MEDIDORES DE VAZÃO ELETROMAGNÉTICOS:

Os medidores foram desenvolvidos como uma aplicação particular da lei de Faraday referente à tensão provocada por um condutor em movimento num campo magnético.

PRINCÍPIO BÁSICO:

O principio básico dos medidores magnéticos é semelhante ao de um gerador elétrico. Referindo-se a figura, os elementos são arranjados de forma que a direção do fluxo seja normal ao campo magnético. De acordo com a lei de Faraday, o movimento do fluido atravessando o campo magnético induz uma força eletromagnética no fluido numa direção normal à do campo magnético e à direção média das partículas do fluido. Colocando, então, um par de eletrodos em contato com o fluido no plano diametralmente

normal ao do campo magnético e conectando-os a um voltímetro especial, o valor da fem poderá ser medido.

Os ímãs podem ser do tipo permanente ou eletromagnético, de forma que existem dois tipos de medidores magnéticos: de corrente contínua e de corrente alternada. Do ponto de vista conceitual de instrumentação, e procurando diferenciar neste medidor os

elementos primários dos elementos secundários, o gerador de campo magnético, o tubo e os eletrodos estão no primeiro grupo, ficando, no segundo, os meios de medição de fem, incluindo os cabos de ligação dos eletrodos do medidor de fem.

Os medidores magnéticos podem ser executados numa faixa extremamente larga de diâmetros, sendo possível medir desde fluxo de sangue em vasos sangüíneos até vazões de água de esgoto em tubos de vários metros de diâmetro. A faixa de pressões de operações em que estes medidores têm aplicações, depende da realização construtiva do tubo e dos flanges das extremidades. O padrão de 350 bar pode ser considerado como limite máximo de pressão.

A faixa de temperaturas de operação é limitada para cima pelas características do revestimento e pela isolação das bobinas magnéticas. Do lado das baixas temperaturas, não há problema criado pelo medidor, ficando o limite determinado pela fluidez do produto medido. As altas temperaturas são geralmente limitadas à 150º C.

É possível encontrar medidores magnéticos construídos para serem aplicados em áreas perigosas (classe 1 – Grupo D. Divisão 1 do NEC).

Medição de Pressão

Conceitos

Medição de pressão é o mais importante padrão de medida, pois as medidas de vazão, nível, etc. podem ser feitas utilizando-se esse princípio.

Pressão é definida como uma força atuando em uma unidade de área.

P = F onde P = Pressão

A F = Força

A = Área

  • pressão atmosférica

É a pressão exercida pela atmosfera terrestre medida em um barômetro. Ao nível do mar esta pressão é aproximadamente de 760 mmHg.

  • pressão relativa

É a pressão medida em relação à pressão atmosférica, tomada como unidade de referência.

  • pressão absoluta

É a soma da pressão relativa e atmosférica, também se diz que é medida a partir do vácuo absoluto.

Importante: Ao se exprimir um valor de pressão, determinar se a pressão é relativa ou absoluta.

Exemplo : 3 Kgf/cm2 ABS Pressão Absoluta

4 Kgf/cm2 Pressão Relativa

O fato de se omitir esta informação na indústria significa que a maior parte dos instrumentos mede pressão relativa.

  • pressão negativa ou vácuo

É quando um sistema tem pressão relativa menor que a pressão atmosférica.

  • diagrama comparativo das escalas

Pressão Absoluta

Pressão Relativa

Pressão Atmosférica

Vácuo

Vácuo Absoluto

  • pressão diferencial

É a diferença entre 2 pressões, sendo representada pelo símbolo P (delta P). Essa diferença de pressão normalmente é utilizada para medir vazão, nível, pressão, etc.

  • pressão estática

É o peso exercido por um líquido em repouso ou que esteja fluindo perpendicularmente a tomada de impulso, por unidade de área exercida.

  • pressão dinâmica ou cinética

É a pressão exercida por um fluído em movimento. É medida fazendo a tomada de impulso de tal forma que recebe o impacto do fluxo.

  • unidades de pressão

Como existem muitas unidades de Pressão é necessário saber a correspondência entre elas, pois nem sempre na indústria temos instrumentos padrões com todas as unidades e para isto é necessário saber fazer a conversão.

Exemplo:

10 PSI = ______?______ Kgf/cm2

1 PSI = 0,0703 Kgf/cm2 De acordo com a tabela

10 x 0,0703 = 0,703 Kgf/cm2

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