Instrumentação-medição de vazão

Instrumentação-medição de vazão

Prof. JoséBismark de Medeiros Prof. Alan Christie da Silva Dantas

Medição de Vazão

Na maioria das operações realizadas nos processos industriais émuito importante efetuar a medição e o controle da quantidade de fluxo de líquidos, gases e atésólidos granulados, não sópara fins contábeis, como também para a verificação do rendimento do processo.

Assim, estão disponíveis no mercado diversas tecnologias de medição de vazão cada uma tendo sua aplicação mais adequada conforme as condições impostas pelo processo.

Vazãopode ser definida como sendo a quantidade volumétrica ou mássica de um fluido que passa através de uma seção de uma tubulação ou canal por unidade de tempo.

Medição de Vazão

Vazão Volumétrica

Édefinida como sendo a quantidade em volume que escoa através de uma certa seção em um intervalo de tempo considerado. É representado pela letra Q e expressa pela seguinte equação:

Q = V/tOnde:V = volume e t = tempo

Unidades de Vazão Volumétricas

As unidades de vazão volumétricas mais utilizadas são: m 3 /s, m 3 /h, l/h, l/min GPM, Nm3 /h e SCFM.

Na medição de vazão volumétrica éimportante referenciar as condições básicas de pressão e temperatura, principalmente para gases e vapor pois o volume de uma substância depende da pressão e temperatura a que estásubmetido.

Medição de Vazão

Vazão Mássica

Édefinida como sendo a quantidade em massa de um fluido que atravessa a seção de uma tubulação por unidade de tempo. Érepresentada pela letra Qme expressa pela seguinte equação:

Onde:

Qm= m/t m = massa t = tempo

Unidades de Vazão Mássica

As unidades de vazão mássica mais utilizadas são: kg/s, kg/h, T/h e Lb/h.

Medição de Vazão

Conceitos Básicos

Viscosidade: Édefinida como sendo a resistência ao escoamento de um fluido em um duto qualquer. Esta resistência provocaráuma perda de carga adicional que deveráser considerada na medição de vazão.

•Viscosidade absoluta ou dinâmica:Define-se como sendo o atrito interno num fluido, que se opõe ao movimento relativo de suas moléculas e ao movimento de corpos sólidos que nele estejam. É representada pela letra grega µ(mi).

•Viscosidade Cinética:Éa relação entre a viscosidade absoluta e a massa específica de um fluido, tomados àmesma temperatura. È representada pela letra ν(ni)

Medição de Vazão

Conceitos Básicos

Tipos de escoamentos:

Regime Laminar: Se caracteriza por um escoamento em camadas planas ou concêntricas, dependendo da forma do duto, sem passagens de partículas do fluido de uma camada para outra e sem variação de velocidade, para determinada vazão.

Regime turbulento:Se caracteriza por uma mistura intensa do líquido e oscilações de velocidade e pressão. O movimento das partículas édesordenado e sem trajetória definida.

Medição de Vazão

Número de Reynolds

Número adimensional utilizado para determinar se o escoamento se processa em regime laminar ou turbulento. Sua determinação é importante com parâmetro modificador dos coeficientes de descarga

Observação:

Na prática, se Re > 2.320, o fluxo éturbulento, caso contrário ésempre laminar.

Nas medições de vazão na industria, o regime de escoamento éna maioria dos casos turbulento com Re > 5.0.

Medição de Vazão Medição de Vazão

Medição de Vazão Medição por elementos deprimogênios

Medição de Vazão Medição de Vazão

Medição de Vazão por Placa de Orifício

De todos os elementos primários inseridos em uma tubulação para gerar uma pressão diferencial e assim efetuar medição de vazão, a placa de orifício éa mais simples, de menor custo e portanto a mais e mpregada.

Consiste basicamente de uma chapa metálica, perfurada de forma precisa e calculada, a qual é instalada perpendicularmente ao eixo da tubulação entre flanges. Sua espessura varia em função do diâmetro da tubulação e da pressão da linha.

Medição de Vazão por Placa de Orifício Medição de Vazão por Placa de Orifício

Medição de Vazão por Placa de Orifício

O diâmetro do orifício écalculado de modo que seja o mais preciso possível, e suas dimensões sejam suficientes para produzir àmáxima vazão uma pressão diferencial máxima adequada.

As placas de orifício são costumeiramente fabricadas com aço inoxidável, monel, latão, etc. A escolha depende da natureza do fluido a medir.

Vantagens da Placa: Instalação fácil, Econômica , Construção simples e de fácil manutenção.

Desvantagem da Placa: Alta perda de carga

Medição de Vazão por Placa de Orifício a)Orifício Concêntrico: para líquidos, gases e vapor que não contenham sólidos em suspensão b)Orifício excêntrico: Utilizada quando tivermos fluido com partículas em suspensão, os quais possam ser retidos e acumulados na base da placa, sendo o orifício posicionado na parte de baixo do tubo c)Orifício segmental: Tem abertura para passagem de fluido disposta em forma de segmento de círculo. Èdestinada para uso em fluidos laminados e com alta porcentagem de sólidos em suspensão.

Medição de Vazão por Placa de Orifício

Tipos de Contorno do Orifício:

•Orifício com bordo quadrado:Sua superfície forma um ângulo de 90°com ambas as faces da placa, éempregado em tubulações maiores que 6”. Não é utilizada para medições de vazão de fluidos com N°de Reynolds baixo.

•Orifício com bordo arredondado:É utilizado para fluidos altamente viscosos onde o N°de Reynolds esta em torno de 300.

•Orifício com bordo quadrado e face da jusante em ângulo de 45°:Éde uso geral. O chanfro na face jusante serve para diminuir a turbulência e seu ângulo por variar de 30 a 45°.

Medição de Vazão por Placa de Orifício

Tomadas de Impulso em placas de Orifício:

Tomadas no Flange:Os flanges para placas de orifício, jásão feitas com o furo das tomadas, perfurados e com rosca. Os flanges podem ser do tipo rosqueadoou soldado.

Vantagens:

•Orifício com bordo arredondado:Éutilizado para fluidos altamente viscosos onde o N°de Reynolds esta em torno de 300.

•Orifício com bordo quadrado e face da jusante em ângulo de 45°:

Éde uso geral. O chanfro na face jusante serve para diminuir a turbulência e seu ângulo por variar de 30 a 45°.

Medição de Vazão por Placa de Orifício Medição de Vazão por Placa de Orifício

Medição de Vazão por Placa de Orifício Medição de Vazão por Placa de Orifício

Medição de Vazão por Placa de Orifício Medição de Vazão por Placa de Orifício

Medição de Vazão por Placa de Orifício Medição de Vazão por Placa de Orifício

Medição de Vazão por Placa de Orifício Medição de Vazão por Placa de Orifício

Medição de Vazão por Placa de Orifício Medição de Vazão por Placa de Orifício

Medição de Vazão por Placa de Orifício Medição de Vazão por Placa de Orifício

Medição de Vazão por Tubo de Venturi

O tubo Venturi, combina dentro de uma unidade simples, uma curta garganta estreitada entre duas seções cônicas e estáusualmente instalado entre duas flanges, numa tubulações. Seu propósito éacelerar o fluído e temporariamente baixar sua pressão estática.

Medição de Vazão por Tubo de Venturi TUBO VENTURI

A recuperação de pressão em um tubo Venturi ébastante eficiente, sendo seu uso recomendado quando se deseja um maior restabelecimento de pressão e quando o fluido medido carrega sólidos em suspensão. O Venturi produz um diferencial menor que uma placa de orifício para uma mesma vazão e diâmetro igual àsua garganta.

Medição de Vazão por Tubo de Venturi Medição de Vazão por Tubo de Venturi

Medição de Vazão por Bocal (FlowNozzle)

O Bocal de vazão (Flownozzle) é, em muitos aspectos um meio termo entre a placa de orifício e o tubo Venturi. O perfil dos bocais de vazão permite sua aplicação em serviços onde o fluído éabrasivo e corrosivo. O perfil de entrada éprojetado de forma àguiar a veia fluída atéatingir a seção mais estrangulada do elemento de medição, seguindo uma curva elíptica (projeto ASME) ou pseudoelíptica (projeto ISA). Seu principal uso éem medição de vapor com alta velocidade, recomendado p/ tubulações > 50mm.

Medição de Vazão por Tubo Pitot

Éum dispositivo para medição de vazão através da velocidade detectada em um ponto da tubulação.

O tubo de Pitotéum tubo com uma abertura em sua extremidade, sendo esta colocada na direção da corrente fluida de um duto. A diferença da pressão total e a pressão estática da linha nos dará a pressão dinâmica, a qual éproporcional ao quadrado da velocidade.

Medição de Vazão por Tubo Pitot

Vazão Tubo Pitot

Medição de Vazão por Annubar

O Annubaréum dispositivo de produção de pressão diferencial que ocupa todo o diâmetro do tubo . O annubaré projetado para medir a vazão total , de forma diferente dos dispositivos tradicionais de pressão diferencial .Ideal para medição de gás e vapor numa variedade de industrias, tais como:

Produção de óleo e gás, refinaria, petroquímica, Energia, utilidades, papel e celulose.

Medição de Vazão por Turbina

Um medidor de vazão tipo turbina, conforme a figura a seguir, 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 éproporcional à velocidade do fluido que, por sua vez, éproporcional à vazão do volume. Uma bobina sensorana parte externa do corpo do medidor, detecta o movimento do rotor.

Medição de Vazão por Turbina Medição de Vazão por Turbina

Medição de Vazão por Turbina Medição de Vazão por Turbina

Medição de Vazão por Turbina

Esta bobina éalimentada, produzindo um campo magnético. Como as palhetas do rotor são feitas de material ferroso, àmedida que cada palheta passa em frente àbobina corta o campo magnético e produz um pulso. O sinal de saída éuma seqüência de pulsos de tensão, em que cada pulso representa um pequeno volume determinado de líquido. O sinal detectado élinear com a vazão. Unidades eletrônicas associadas permitem indicar a vazão unitária ou o volume totalizado, podendo efetuar a correção automática da temperatura e/ou pressão e outras funções.

Medição de Vazão por Turbina

Um medidor de turbina éuma unidade versátil: possui uma faixa de pressão e temperatura muito ampla., e uma vez que o mesmo é fabricado em aço inoxidável, écompatível com uma ampla faixa de fluidos. Estes, todavia, devem ser relativamente limpos, não ter alta viscosidade e a vazão deve ser em regime laminar.

Linearizadores de Fluxo

Medição de Vazão por Turbina Medição de Vazão por Turbina

Medidor de Vazão por magnetismo

O princípio de medição ébaseado na lei de Faradayque diz que:

“Quando um condutor se move dentro de um campo magnético, éproduzida 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 (m).

Se a velocidade média do fluido que passa pela tubulação éigual a V (m/s), quando colocamos um par de eletrodos em uma posição perpendicular ao fluxo magnético, teremos uma força eletromotriz E(V) induzida nestes eletrodos, e a sua amplitude dada por:

Medidor de Vazão por magnetismo

→Densidade do fluxo magnético [ weber/m 2 ]

→Distância entre os eletrodos [m]

→Velocidade do fluxo [m/s]

→Tensão induzida [Volts]

Medidor de Vazão por magnetismo Medidor de Vazão por magnetismo

Medidor de Vazão por ultra-som

Vantagens: •Não produz queda de pressão

•Ampla rangebilidade( 50:1)

•Fluxo bi-direcional

•Sem partes móveis

•Baixo custo de manutenção

•Insensível àcontaminação

Aplicações

•Medição para transferência de custódia (modelo com 3 ou 5 paths)

•Controle de compressores de gás

•Plantas de processamento de gás

•Estações de medição e regulação

•Termelétricas a gás

Medidor de Vazão por ultra-som Medidor de Vazão por ultra-som

Medidor de Vazão por Deslocamento Positivo Medidor de Vazão por Deslocamento Positivo

Medidor de Vazão por Deslocamento Positivo Medidor de Vazão por Deslocamento Positivo

Medidor de Vazão por Deslocamento Positivo Medidor de Vazão por Deslocamento Positivo

Medidor de Vazão por Deslocamento Positivo Medidor de Vazão por Deslocamento Positivo

Rotâmetros

Rotâmetros 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:

1) Um tubo de vidro de formato cônico, o qual é colocado verticalmente na tubulação em que passaráo fluido que queremos medir. A extremidade maior do tubo cônico ficarávoltada para cima.

2) No interior do tubo cônico teremos um flutuador que se moveráverticalmente, em função da vazão medida.

Rotâmetros Princípio Básico

O fluido passa através do tubo da base para o topo. Quando não hávazão, o flutuador permanece na base do tubo e seu diâmetro maior éusualmente selecionado de tal maneira que bloqueie a pequena extremidade do tubo, quase que completamente. Quando a vazão começa e o fluido atinge o flutuador, o empuxo torna o flutuador mais leve; porém, como o flutuador tem uma densidade maior que a do fluido, o empuxo não ésuficiente para levantar o flutuador.

A área de passagem oferece resistência àvazão e a queda de pressão do fluido começa a aumentar. Quando a pressão diferencial, somada ao efeito de empuxo do líquido, excede a pressão devido ao peso do flutuador, então o flutuador sobe e flutua na corrente fluida.

Rotâmetros

Com acoplamento magnético Conexões flangeadas, roscadasou sanitárias Diâmetro: de DN 1/2" a 4" Pressão até100 kgf/cm² Te mperatura até300°C Medição de líquidos e gases, inclusive líquidos não transparentes Instalações com pressões e te mperaturas elevadas Líquidos corrosivos Acessórios: contato elétrico, transmissor de sinal eletrônico, transmissor de sinal pneumático, totalizador, jaqueta de aquecimento, jaqueta de resfriamento, radiador, sistema de amortecimento

Rotâmetros

Com cone de medição em vidro Conexões flangeadas, roscadas ou para mangueira Diâmetro das conexões: 1/4" a 4" Pressão máxima: 10 kgf/cm²(vide catálogo) Te mperatura até120°C Medição de líquidos transparentes e gases Líquidos corrosivos Cone de medição em vidro borosilicato Escala: gravada no cone de medição ou externa (montada na lateral do corpo) Acessórios: contato elétrico, protetor de acrílico e escala dupla

Rotâmetros

Com cone de medição em material sintético

Conexões flangeadas, roscadasou para mangueira Diâmetro das conexões: 1/4" a 1/2" Pressão máxima: 10 kgf/cm²

Te mperatura até120°C Medição de líquidos transparentes e gases Líquidos corrosivos Te mperatura até100°C Cone de medição em polisulfonaou policarbonato Acessórios: contato elétrico, proteção de acrílico, escala dupla

Comentários