Medição de Vazão - SENAI - MG

Medição de Vazão - SENAI - MG

(Parte 5 de 8)

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 passará o fluido que queremos medir. A extremidade maior do tubo cônico ficará voltada para cima. 2) No interior do tubo cônico teremos um flutuador que se moverá verticalmente, em função da vazão medida.

Medição de Vazão

O fluido passa através do 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 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 é suficiente para levantar o flutuador.

A área de passagem oferece resistência à vazão 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.

Com o movimento ascendente do flutuador em direção à parte mais larga do tubo, a área anular, entre a parede do tubo de vidro e a periferia do flutuador, aumenta. Como a área aumente, o diferencial de pressão devido ao flutuador decresce. O flutuador ficará em equilíbrio dinâmico quando a pressão diferencial através do flutuador somada ao efeito do empuxo contrabalançar o peso do flutuador.

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 do flutuador 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.

As forças que atuam no flutuador estão representadas na figura a seguir. Para as condições de equilíbrio empregamos as seguintes equações:

Medição de Vazão

2g

W=vf . yf E=vf . y1 F=Cd . y1 . Af . V2 em que: W = peso do flutuador vf = volume do flutuador yf = peso específico do flutuador yl = peso específico do fluido F = força de arraste do fluido sobre o flutuador E = força de empuxo do fluido sobre o flutuador Cd = coeficientes de arraste do fluido sobre o flutuador V = velocidade do fluido Af = área da seção do flutuador Aw = seção interior do tubo ( livre ) Resolvendo as equações anteriores temos :

O valor de Cd depende da viscosidade do fluido e da aerodinâmica

do flutuador . Por conveniência incorporamos o termo a este coeficiente de descarga , passando a expressão anterior para :

Como todos os dados dentro da raiz são constantes ( temperatura e

Como a vazão é igual a :Q = V . Aw temos: viscosidade constantes ) podemos concluir que a vazão varia linearmente com a área de passagem , assim , teremos uma escala de leitura também linear.

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- Tipos de Flutuadores

Os Flutuadores podem ter vários perfis de construção . Na figura a seguir , podemos ver os tipos mais utilizados :

1- Esférico - Para baixas vazões e pouca precisão ; sofre uma influência considerável da viscosidade do fluido . 2- Cilindro com Bordo Plana - Para vazões médias e elevadas ; sofre uma influência média da viscosidade do fluido . 3- Cilindro com Bordo Saliente de Face Inclinada para o Fluxo - Sofre menor influência da viscosidade do fluido .

4- Cilindro com Bordo Saliente contra o Fluxo - Sofre a mínima influência da viscosidade do fluido . - Material do flutuador

O material mais empregado nos flutuadores é o aço inox 316 , no entanto , na indústria , para satisfazer outras exigências tais como resistência à corrosão , abrasão e outras utilizam-se outros tipos de materiais . As tabelas a seguir , mostram os pesos específicos de diversos materiais empregados em flutuadores :

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- Perda de Carga no Flutuador

A perda de carga do rotâmetro é constante em todo o percurso do flutuador . A perda de carga do flutuador pode ser determinada através da seguinte equação :

Af

∆P = Wf -vf.y1 sendo que : Wf = peso do flutuador vf = volume do flutuador yl = peso específico do líquido Af = área transversal máxima

- Fatores de Correção

Se variarmos as condições de trabalho de um rotâmetro já calibrado , é necessário aplicarmos fatores para corrigir a vazão lida .Estes fatores são peso específico do flutuador , peso específico do líquido e temperatura do líquido . Podemos achar o fator de correção através da fórmula abaixo :

sendo que : yf2 = peso específico do flutuador 2 yf1 = peso específico do flutuador 1 yl1 = peso específico do líquido 1 ou na temperatura 1 yl2 = peso específico do liquido 2 ou na temperatura 2

- Influência da viscosidade

Sua magnitude dependerá da forma do flutuador , da viscosidade do fluido e do espaço anular compreendido entre a superfície do flutuador e a parede interna do tubo , sendo este um dos fatores que determinarão o No de Reynolds . Quanto maior o No de Reynolds , menor será a influência devido às variações da viscosidade do fluido.

- Instalação

Medição de Vazão

Os rotâmetros são montados verticalmente na tubulação do fluido , cuja vazão se quer medir , de maneira que o fluido seja dirigido de baixo para cima.

2.3 - MEDIDORES DE VAZÃO EM CANAIS ABERTOS Os dois principais tipos são: o vertedor e a calha de Parshall.

2.3.1 - Vertedor

O vertedor mede a altura estática do fluxo em reservatório que verte o fluído de uma abertura de forma variável.

2.3.2 - Calha de Parshall

O medidor tipo calha de Parshall é um tipo de Venturi aberto que mede a altura estática do fluxo. É um medir mais vantajoso que o vertedor, porque apresenta menor perda de carga e serve para medir fluídos com sólidos em suspensão.

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2.4 - MEDIDORES ESPECIAIS DE VAZÃO

Os principais medidores especiais de vazão são: medidores magnéticos de vazão com eletrodos, tipo turbina, tipo Coriólis , Vortex e Ultrasônico

2.4.1 Medidor Eletromagnético de Vazão

O medidor magnético de vazão é seguramente um dos medidores mais flexíveis e universais dentre os métodos de medição de vazão.Sua perda de carga é equivalente a de um trecho reto de tubulação, já que não possui qualquer obstrução. É virtualmente insensível à densidade e à viscosidade do fluido de medição. Medidores magnéticos são portanto ideais para medição de produtos químicos altamente corrosivos, fluidos com sólidos em suspensão, lama, água, polpa de papel. Sua aplicação estende-se desde saneamento até indústrias químicas, papel e celulose, mineração e indústrias alimentícias. A única restrição, em princípio é que o fluído tem que ser eletricamente condutivo. Tem ainda como limitação o fato de fluidos com propriedades magnéticas adicionarem um certo erro de medição.

- Aplicação

O medidor eletromagnético é um elemento primário de vazão volumétrica, independente da densidade e das propriedades reológicas do fluido (newtoniano ou não-newtoniano). Este medidor não possui obstrução, e portanto, apresenta uma perda de carga equivalente a um trecho reto de tubulação. Para medição de líquidos limpos com baixa viscosidade o medidor eletromagnético é uma opção. Se o líquido de medição tiver partículas sólidas e abrasivas, como polpa de mineração ou papel, ele é praticamente a única alternativa. Como o mesmo possui como partes úmidas apenas os eletrodos e o revestimento, é possível através de uma seleção cuidadosa destes elementos, medir fluidos altamente corrosivos como ácidos e bases. É possível, por exemplo a medição de ácido fluorídrico, selecionando-se eletrodos de platina e revestimento de teflon. Outro fluido, particularmente adequado para medição por essa técnica é o da indústria alimentícia. Como o sistema de vedação dos eletrodos não possui reentrâncias, as aprovações para uso sanitário são facilmente obtidas.

Medição de Vazão

- Princípio de Funcionamento: Lei de Faraday

O medidor eletromagnético de vazão é baseado na Lei de Faraday.

Esta lei foi descoberta por um cientista inglês chamado FARADAY em 1831, cerca de 165 anos atrás. Segundo esta lei, quando um objeto condutor se move em um campo magnético, uma força eletromotriz é gerada.

A relação entre a direção do campo magnético, movimento do fluido e fem induzida, pode facilmente ser determinada pela regra da mão direita de FLEMING. No caso do medidor eletromagnético o corpo móvel é o fluido que flui através do tubo detetor. Desta forma, a direção do campo magnético, a vazão, e a fem estão posicionadas uma em relação a outra de um ângulo de 90 graus. - Relação entre a vazão e a fem

E=B.d.V(1)

De acordo com a Lei de FARADAY, a fem induzida no medidor eletromagnético é expressa pela seguinte equação:

B: densidade do fluxo magnético (T)
d: diâmetro interno do detetor (m)
V: velocidade do fluido (m/s)

onde: E: fem induzida (V)

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