06- Vazão

Instrumentao e Controle

ENG 233 Ter. e Qui. - 19:00-21:00 Sala 07.03.02

UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA

Escola Politcnica Departamento de Engenharia Mecnica

Salvador-Ba

2010.2

Professor

Geraldo Natanael

Noes bsicas de automao e controle de processos

1. Conceito bsicos.

2. Controle de Processo.

3. Presso.

4. Temperatura.

5. Nvel.

6. Vazo.

7. Controle.

8. Transmisso.

9. Noes de projeto.

Sumrio Plano de Curso Contedo Programtico

2

Medio de vazo

A vazo actualmente a terceira grandeza mais medida em processos industriais, sendo suplantada pela temperatura e pela presso.

Medidor de vazo , por definio qualquer instrumento que mesure o volume de um fluido que passa num escoamento por unidade de tempo.

Podemos identificar o seu uso em quase todas as reas, de residncias a grandes industras.

Medio de Vazo - Introduo 4

Medidores de Vazo

Ao longo da histria, podemos destacar grandes contribuies para o aparecimento destes instrumentos. A primeira foi dada por Leonardo da

Vinci que, em 1502, observou que a quantidade de gua por unidade de

tempo que escoava em um rio era a mesma em qualquer parte,

independente da largura, profundidade, inclinao e outros. Mas o

desenvolvimento de dispositivos prticos s foi possvel com o surgimento

da era industrial e o trabalho de pesquisadores como Bernoulli, Pitot e

outros.

5

Medidores de Vazo

Os medidores de vazo podem-se caracterizar facilmente pelo seu princpio

de funcionamento em 3 categorias:

- Pesagem

- Efeito da Fora de Arrasto

- Equao de Energia

6

Pesagem

Baseia-se no fato de que a vazo pode ser determinada a partir do fluxo de massa que atravessa uma seco durante o intervalo de tempo.

Os instrumentos necessrios para efectuar este tipo de medio so uma balana e um cronmetro.

O mtodo apresenta como restries:

- a necessidade de se desviar o fluxo;

- a medio no instantnea, isto , requer tempo para que uma

amostra de fluido seja colectada.

7

Efeito da fora de arrasto

Baseia-se no fato da fora de arrasto ser proporcional ao quadrado da velocidade mdia do escoamento na seco. Um dispositivo que

emprega este mtodo denominado Rotmetro.

O Rotmetro constitudo por um tubo transparente cnico graduado, por onde escoa o fluido, e por um flutuador (mais pesado

que o fluido) que se posiciona dentro do tubo cnico em

conformidade com o valor da vazo.

8

Equao de Energia

Consiste em se alterar a seco de escoamento para que sejam verificadas variaes nos termos da equao da energia aplicada entre estas seces

de cada tipo de medidor.

Dentre os medidores de vazo que empregam este fundamento destacam-se:

- Vertedouro

- Tubo de Pitot

- Tubo de Venturi

- Placa de Orificio

9

Vertedouro

empregado para medio de vazo em canais abertos. Consiste na reduo da seco de escoamento atravs da introduo de uma placa

vertical com a configurao mostrada na figura.

A vazo, obtida pela aplicao da Equao da Energia entre as seces 1 e 2, funo da altura H conforme a relao:

Q=Cw .2/3.2g.H(3/2)

Cw um coeficiente obtido experimentalmente que permite a obteno da vazo real no vertedouro a partir da vazo ideal obtida por meio do modelo

simplificado mostrado na figura.

Nuno Soares, 15/10/2010

10

Placa de Orifcio

A placa de orifcio consiste num disco com um orifcio central com sada em ngulo que deve ser montado concntrico ao eixo do conduto cilndrico,

provido de duas tomadas de presso, uma a jusante e outra a montante do

disco, conforme mostra a figura

A medio da diferena de presso p1 p2 pode ser feita por algo simples como um manmetro U e uma tabela ou uma frmula pode ser usada para

calcular a vazo. Ou pode ser coisa mais sofisticada como transdutores

elctricos e o sinal processado por circuitos analgicos ou digitais para

indicao dos valores de vazo.

Nuno Soares, 15/10/2010

11

Tubo de Venturi

O tubo venturi um dispositivo composto por:

- um trecho de tubulao de entrada com seco igual do conduto ao

qual est acoplado e onde est instalado um anel piezomtrico para medir

a presso esttica nesta seco;

- uma tubeira convergente que tem por objectivo uniformizar a distribuio

de velocidade na seco circular reduzida, chamada garganta, tambm

munida de um anel piezomtrico para medio de presso esttica;

- uma tubeira divergente que, gradualmente, leva a seco circular da

garganta de volta medida do conduto, conforme mostrado na figura

12

Tubo de Pitot

Consiste num tubo com 2 circuitos unidos l dentro um mede a presso dinmica 2 cintica e o outro somente a dinmica. Assim sendo a diferena

entre as 2 presses indica a presso cintica.

Assim, recorrendo equao de Bernoulli, podemos calcular a velocidade do fluido e, posteriormente, a vazo.

13

Medio de Nvel - Medio Direta 14

Medio p.

Medio de vazo

em canais abertos

Calha Parshall

O medidor Parshall ou calha Parshall como conhecida, foi

desenvolvida por Palph L.

Parshall em 1920 nos Estados

Unidos, um upgrade j

conhecida calha venturi. Foi

desenvolvida para uso em

irrigaes, mas actualmente

largamente utilizada em

servios de saneamento,

controlo de guas residuais e

em instalaes industriais.

Medio de Vazo - Calha Parshall 16

A Calha Parshall, um medidor de vazo para canais

abertos. Ela constituda de

uma estrutura com paredes

verticais, possuindo na

entrada um trecho

convergente (0-1), um trecho

contrado em declive de

seco constante (1-2), e na

sada um trecho divergente

em aclive (2-3).

17

Medio de Vazo - Calha Parshall

Seco Convergente Tem por funo reduzir/adequar a velocidade

do fludo em sua entrada, diminuindo

a possibilidade de turbulncias e

aumentando a capacidade de

preciso de mensurao do

equipamento.

Seco de Estrangulamento (Garganta) - Segunda seco do

equipamento, onde o lquido

submetido a uma concentrao

produzida pelo estreitamento das

laterais e/ou pela elevao do fundo

do canal.

Seco Divergente ou de Alargamento Posicionada na parte final do equipamento, aps seu

estreitamento (garganta), tem por

objectivo propiciar a normalizao do

fluxo do canal.

18

Medio de Vazo - Calha Parshall

Construo - dimenses

Os tamanhos das Calhas Parshall

so designados

pelas larguras das

gargantas (trecho

contrado).

Os tamanhos normalizados esto

representados na

tabela ao lado.

19

Construo - dimenses

20

Construo - materiais

Podero ser fabricados nos seguintes materiais:

- Concreto armado;

- Chapa de ao inoxidvel;

- Chapa de ao carbono revestido;

- Resinas plsticas reforadas com fibra de vidro.

Existem depois vrios tipos de aconselhamento escolha do material, assim como os cuidados a ter no manuseamento desse

mesmo material.

21

Seleco de Tamanho

Para a seleco do tamanho da Calha Parshall, devem ser conhecidos os seguintes dados:

- largura do canal na montante e na jusante

- vazes mxima e mnima

- profundidade da gua no canal

- perda de carga admissvel

- previso para vazes futuras

E as seguintes indicaes devem ser atendidas para se obter escoamento livre:

- relao Hb/Ha < 0,6 para medidores at 22.

- relao Hb/Ha < 0,7 para medidores de 30 a 40

22

Instalao

A Calha Parshall deve ser instalada precedido montante de um canal rectangular onde o escoamento seja uniforme e minimize sensivelmente as

turbulncias (Aproximadamente 20 x h , sendo h a altura da lmina mxima

na garganta do medidor).

A Calha deve ter o mesmo eixo dos canais de jusante e de montante.

Devero ser previstas vlvulas de bloqueio de vazo a montante e a jusante do sistema com o objetivo de executar manutenes e bloquear

possveis refluxos.

Dever ser instalado um sistema de gradeamento a montante da calha , de forma a evitar a passagem de resduos que possam comprometer o bom

funcionamento do equipamento de medio.

O sistema dever possuir pisos, em volta da calha, com inclinao, de forma que os resduos possam escoar para o seu interior, e ainda possuir

torneira e mangueira para a limpeza geral.

23

Instalao

Considera-se adequadamente projectada a Calha Parshall com escoamento livre quando as seguintes condies so satisfeitas:

- Carga total na crista do medidor no superior carga total na seco de

entrada;

- A perda de carga no medidor no superior carga disponvel;

- O intervalo de vazes perfeitamente coberto pelo medidor em questo,

seguindo as faixas de vazes por largura de garganta conforme

apresentadas anteriormente.

Existem mais indicaes, mais pormenorizadas e tecnicamente mais vlidas mas no so constantes, variando com o equipamento e com o uso

que este vai ter.

24

Operao

Operando-se com um escoamento livre, basta uma medida Ha para se

conhecer a vazo. Esta medida Ha feita na seco convergente, crista,

localizada a 2/3 da dimenso B ou A.O clculo efectuado recorrendo

seguinte expresso: Q = K x Hn

Nuno Soares, 15/10/2010 25

Valores de K e n

Nuno Soares, 15/10/2010 26

K uma constante que depende das dimenses da calha e ajuste da unidade de engenharia;

n um valor que difere ligeiramente de 3/2

Manuteno

A manuteno deste instrumento bastante simples e reduzida, por fora da simplicidade o prprio instrumento. Para tornar ainda mais simples a

manuteno, verifica-se que a formao de detritos devido a materiais em

suspenso muito baixa.

Alm do aspecto limpeza, observar as condies da calha propriamente dita, pois dependendo do material de construo (se concreto, madeira,

metal ou fibra de vidro) pode ter tempo de vida varivel.

Faz-se tambm uma vistoria s condies da calha cuja periodicidade varia de acordo com o material e condies de operao.

27

Fluxograma

28

Fluxograma

29

DataSheet

30

Medio de Vazo em Canais

Abertos - Calha Parshall

31

Medio p.



32

Medio p.



33



34



35



36

Medio de vazo

Chave de Fluxo Tipo Palheta

Chave de Fluxo - Fluxostato 38

Medidor de Fluxo - Rotmetro 39

So dispositivos utilizados para medir vazes;

rea varivel;

Indicao instantnea e direta;

Transmisso, alarme e controle;

Versteis e econmicos;

Indstria Qumica, Farmacutica, Petroqumica, Alimentcia, Mecnica.

Medidor de Fluxo - Rotmetro

CONSTRUO DOS ROTMETROS

PRINCPIO DO FUNCIONAMENTO DO

ROTMERO

PRINCPIO DO FUNCIONAMENTO DO

ROTMETRO

CONSTRUO DOS ROTMETROS

Os materiais dependem da natureza do fluido;

Simplicidade de construo;

Baixo custo das peas e dos materiais;

TUBO MEDIDOR

BIA

Tamanho

Comprimento

Materiais

Vazo

Presso

Materiais

Densidade

Resistncia

Forma

GAMA DE MEDIDAS

GAMA DE TEMPERATURAS

GAMA DE FLUXOS

GAMA DE PRESSES

0,04 l/h a 150 m3/h para a gua e 0,5 l/h a 3.000 m3/h para o ar

(-20C) e (0C) (121C-177C) tubo de vidro

(177C-260C) tubo metlico

CIRCUITO DE MEDIDA Medidores; Indicadores; Transmissores; Controladores.

Componentes associados:

Bias com ms; Alarme de vazo;

Bobina de indutncia; Reguladores de diferencial;

Sistema pneumtico; Interruptores;

Vlvula controladora.

CALIBRAO

Leituras afetadas pela densidade do fluido;

Alteraes de temperatura, presso e gravidade;

Correo atravs de formulas - Mecnica dos Fluidos;

Fatores de correo;

Biblioteca de tabelas de correo;

Curvas para gases sob diversas condies;

Introduo ao Controle de Processos Industriais

Medio de Variveis de Processo

CRITRIOS PARA SELEO

Caractersticas do fluido:

Densidade

Viscosidade

Condutibilidade

Caractersticas do processo:

Presso

Temperatura

Vazo

Lquido ou gs

Dimenses da rede

Medidor de Fluxo - Rotmetro

SELEO

Especificao do cliente Caracterstica do fluido

Taxa de fluxo Perda de presso

Exatido/Repetibilidade Preo

INSTALAO E MANUTENO

Posio vertical;

Suporte;

Meios de fixao da tubulao;

Dispositivo de segurana;

Poucos cuidados;

Depsitos na bia e no tubo;

Jato de lquido de limpeza adequado;

Periodicamente removido, limpo e examinado

VANTAGENS

Medem fluxo de lquidos e gases;

Perdas mnimas de presso;

Concepo simples;

Fcil de calibrar;

Fugas de entrada e sada praticamente nulas;

Indicao local, sem necessidade de aparelhos auxiliares;

Capacidade de resistncia a corroso e ao desgaste;

Podem ser aplicados diversas situaes;

Fornecem boa exatido e segurana;

No caro.

DESVANTAGEM

Preciso afetada pelos depsitos interiores;

Custo elevado para grandes fluxos;

Fragilidade do tubo de medida;

Bolhas de ar no interior do tubo podem causar erros de leitura;

55

ALVES, Jos L., Instrumentao, Controle e Automao de Processos. Rio de Janeiro: LTC, 2006.

BEGA, E. A., Instrumentao Industrial, Editora Intercincia, (2003); FIALHO, A. B., Intrumentao Industrial: Conceitos, Aplicaes e Anlises, 2 ed., Editora Erica, (2004);

MIYAGI, P. E., Controle Programvel - Fundamentos do Controle de Sistemas a Eventos Discretos, Edgard Blcher, (1996); [629.89 M685C];

RIBEIR, Marco Antnio. Instrumentao - 8a Edio 1999 Tek Treinamentos Lta. CAMPOS, Mario Cesar M. M. & TEIXEIRA, Herbert C. G., Controles Tpicos de Equipamentos e Processos Industriais, So Paulo:Blucher, 2006.

CAPELLI, Alexandre. Automao Industrial - Controle do movimento e processos contnuos.

BALBINOT, Alexandre; BRUSAMARELLO, Valner Joo. Instrumentao e fundamentos de medidas VOL.1 Editora: LTC

BRUSAMARELLO, Valner Joo. Instrumentao E Fundamentos De Medidas. Editora: Ltc

SIGHIERI. L.; NISHIARI, A; Controle automtico de processos industriais Instrumentao

http://www.instrumentacao.com - 02.07.09 http://www.levelcontrol.com.br - 02.07.09

Referncias Bibliogrficas

Prof Geraldo Natanael

Documents

06- Vazão