Medidores e sensores de vazão

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MEDIDORES E SENSORES DE VAZÃO

Aluno: Luís Fernando F. SilvaDisciplina: InstrumentaçãoProfessor: Sigeo Kitatani Jr.

Goiânia, junho/2014

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HISTÓRICO

• Leonardo da Vinci (séc. XVI)– A quantidade de água escoando em um rio é

constante• Daniel Bernoulli (séc. XVIII)– Princípio fundamental da hidrodinâmica

• Henri Pitot (séc. XVIII)– Tubo de Pitot

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INTRODUÇÃO

• VAZÃO: quantidade de um fluido que passa num determinado ponto de uma tubulação por unidade de tempo– Volumétrica (m³/h, l/s, etc.)– Mássica (ton/h, kg/s, etc.)

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INTRODUÇÃO

• Objetivos da medição de vazão na indústria:– Acompanhar a proporção de materiais

introduzidos em algum processo– Determinar a quantidade de produtos elaborados

em um processo– Determinar quantidades por razões de ordem

econômica

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INTRODUÇÃO

• Exemplo: Gasoduto Bolívia-Brasil– Transporte de até 30 milhões m³/dia de gás natural– Um erro sistemático de 1% em um medidor

Prejuízo de US$ 150000/dia

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INTRODUÇÃO

• Medidores indiretos• Fortes interação com:– Fluido• Condições de operação definidas

– Geometria da tubulação

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INTRODUÇÃO

• Tipos de instrumentos:– Pressão diferencial (restrição de área)– Rotâmetro (área variável)– Turbina– Sensor óptico– Magnético– Ultra-som/Doppler– Efeito Coriolis– Medidor tipo vortex– Sensor térmico (anemômetro de fio quente)– Deslocamento positivo

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PRESSÃO DIFERENCIAL

Obstáculo numa

tubulação

Queda de pressão

Relação com a vazão

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PRESSÃO DIFERENCIAL

• Tipo mais usado

• Tipos de obstáculos– Placa de orifício– Tubo de Venturi– Bocal– Tubo de Pitot

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Placa de orifício

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Placa de orifício

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Placa de orifício

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Placa de orifício

VANTAGENS

• Fácil instalação• Construção simples• Manutenção E

troca de peças simples

• Baixo custo

DESVANTAGENS

• Alta perda de carga (de 40 a 80% da pressão diferencial gerada)

• Baixa rangeabilidade (largura de faixa)

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Tubo de Venturi

• Perda de carga chega a 10%• Recomendado para fluidos com sólidos em

suspensão, viscosos ou grandes vazões

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Tubo de Venturi

• Desvantagens:– Alto custo– Grandes dimensões– Impossibilidade de permutas

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Bocal

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Bocal

• Usados na determinação da vazão de vapor ou de fluidos contendo sólidos em suspensão

• Vantagens:– Perda de carga muito baixa– Dimensões reduzidas em relação ao tubo de

Venturi

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Tubo de Pitot

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Tubo de Pitot

• Medição direta da diferença de pressão

•

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Sensor de pressão diferencial capacitivo

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• Se deflexão causada por Δp < d/4 → Δp Δd

Sensor de pressão diferencial capacitivo

𝐶𝐿−𝐶𝐻𝐶𝐿+𝐶𝐻

=2∆ 𝑑𝑑

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ROTÂMETRO

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ROTÂMETRO

• Tubulação com área da seção variável• Presença de um flutuador– Posição varia proporcionalmente à vazão do fluido

• Baixas pressões: tubo de vidro ou acrílico• Altas pressões: tubo metálico

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TURBINA

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TURBINA

• Usado somente para líquidos

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SENSOR ÓPTICO

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MAGNÉTICO

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MAGNÉTICO

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MAGNÉTICO

VANTAGENS

• Método mais flexível• Perda de carga

equivalente ao trecho da tubulação

• Virtualmente insensível à densidade e viscosidade do fluido

DESVANTAGENS

• O fluido deve ser condutor elétrico

• Fluido com propriedades magnéticas → erro na medição

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ULTRA-SÔNICOS

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ULTRA-SÔNICOS

• Formas de aplicação:– Efeito Doppler– Tempo de trânsito

• Podem ser usados em praticamente todos os líquidos industriais

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ULTRA-SÔNICOS

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Tempo de trânsito

• Próprios para fluidos “limpos”

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Tempo de trânsito

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Efeito Doppler

Emissão de ondas

Partículas em movimento

Ondas refletidas com aparente variação de f

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Efeito Doppler

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Efeito Doppler

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EFEITO CORIOLIS

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EFEITO CORIOLIS

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• Massa específica do fluido determinada por • Limitações– Funciona adequadamente apenas para fluidos

homogêneos– Tubulações de 6”– Alto custo– Limites de pressão e temperatura– Alta perda de carga

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MEDIDOR TIPO VORTEX

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SENSOR TÉRMICO

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SENSOR TÉRMICO

h=𝑎+𝑏𝑉 𝑐

Lei de King

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DESLOCAMENTO POSITIVO

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DESLOCAMENTO POSITIVO

• Mede a vazão de forma direta• Mede o volume total• Exemplos:– Pistão– Registro rotativo– Engrenagens– Hidrômetros domésticos (disco Nutante)– etc

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Engrenagens ovais

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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

CONCEIÇÃO, Edcarlo da. Apostila de Instrumentação Industrial. Tubarão: UNISUL, 2005.

DOEBELIN, E. O. Measurement Systems: application and design. 4th ed. New York: McGrw-Hill, 1990.

SCHNEIDER, P. Medição de Vazão e Velocidade de Fluidos. Porto Alegre: UFRGS, 2000.

THOMAZINI, D.; DE ALBUQUERQUE, P. U. B. Sensores Industriais: Fundamentos e Aplicações. 5. ed. Ed. Érica, 2012.

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