UNIVERSIDADE FEDERAL DE SO CARLOSCENTRO DE CINCIAS EXATAS E TECNOLOGIA Departamento de Engenharia de Eltrica

TRABALHO 5: Medio de Vazo

Helder Eiki OshiroRA: 383821

SO CARLOS2015

RESUMO

Este trabalho tem como objetivo apresentar unidades, mtodos, instrumentos e outros conceitos em medio de vazo. So abordados tpicos pertinentes disciplina de Instrumentao e fundamentos de Medidas.

Palavras-chave: vazo, fludo, caldeira, instrumento

Sumrio1Introduo41.1Definies bsicas42Escoamento e Frmulas62.1Equao de continuidade62.2Equao de Bernoulli62.3Perdas de Carga62.3.1Perdas de sada72.3.2Perdas por atrito73Medidores de Vazo83.1Taxa de Vazo83.1.1Placas de orifcio83.1.2Tubo de Venturi83.1.3Bocal de Vazo93.1.4Medidores Eletromagnticos93.2Vazo Total103.3Vazo de Massa104Caldeiras125Fornecedores e Instrumentos135.1Vazo de gua135.2Vazo de Combustvel135.3Vazo de Vapor136Concluso157Referncias Bibliogrficas16

IntroduoAlguns equipamentos e operaes requerem especfica vazo para timo desempenho. Alm disso, as quantidades de alguns fludos so medidas com base na vazo medida. Assim, tambm se torna importante a preciso da medio da vazo.Definies bsicas Escoamento laminar: ocorre quando a velocidade mdia relativamente baixa e as partculas do fludo tendem a se mover suavemente, como em camadas. Observar a Figura 1 Flow velocity variations across a pipe with (a) laminar flow and (b) turbulent flow.Figura 1 (a). Escoamento turbulento: ocorre quando a velocidade da vazo alta e as partculas no mais fluem suavemente, mas sim turbulentamente (Figura 1 b).

Figura 1 Flow velocity variations across a pipe with (a) laminar flow and (b) turbulent flow.

Fonte: Dunn (2005) Viscosidade: propriedade de um fludo que indica sua resistncia a movimento. Geralmente, a viscosidade diminui com o aumento da temperatura. Equao de Bernoulli: equao de vazo baseada na lei de conservao de energia, e afirma que o total de energia (potencial + cintica + energia de fluxo) de um fludo em qualquer ponto igual ao total de energia em qualquer outro ponto do fludo. Fatores de energia: em um sistema podem ser computadas perdas de energia, causadas devido a atrito entre fludo e recipiente/tubulao. Tambm pode-se levar em conta o acrscimo de energia devido ao uso de bombas. Vazo: quantidade de fludo que passa em uma seo em uma determinada quantidade de tempo. Pode ser medido em unidades de massa por tempo (vazo mssica kg/h, por exemplo) ou volume por tempo (vazo volumtrica l/h, por exemplo).

Escoamento e FrmulasEquao de continuidadeDe acordo com Dunn (2005), a equao de continuidade afirma que se a vazo total de um sistema no muda com o tempo, a vazo em qualquer parte do sistema constante. Ento, tem-se a seguinte equao:Q=VAonde Q = vazoV=velocidade mdiaA=rea da seo transversal da tubulao

Equao de BernoulliA equao de Bernoulli relaciona a presso, velocidade do escoamento e altura. Aplicando para o sistema da Figura 2, obtida a seguinte expresso:

Onde:PA e PB = presso esttica absoluta nos pontos A e B, respectivamente;A e B = peso especfico;VA e VB = velocidade mdia do escoamento;g = acelerao da gravidade;ZA e ZB = altura relativa um referencial

Figura 2 Diagrama de um recipiente, onde 2 pontos A e B so relacionados pela equao de Bernoulli

Fonte: Dunn (2005)Perdas de CargaAs perdas no so levadas em conta na equao de Bernoulli. As perdas podem ser provenientes da viscosidade e atrito entre fludo e constries nas paredes tubulares. Tambm h perdas em vlvulas, curvas e conexes.Perdas de sada A vazo Q para o ponto 3 da Figura 3 dada pela equao de continuidade Q=V3 x A3. Modificando a equao para se levar em conta as perdas na sada, a equao fica:Q=V3 x A3 x CDOnde CD o coeficiente de descarga, e ele depende da forma e tamanho do orifcio.Figura 3 Diagrama de um recipiente

Fonte: Dunn (2005)

Perdas por atritoAs perdas por atrito se devem devido ao atrito entre fludo e tubo, e tambm nas paredes da tubulao quando h constries. Essas perdas so dadas por:

Onde: hL = perda de cargaf = fator de atritoL = comprimento do tuboD = Dimetro do tuboV = velocidade mdia do escoamentog = acelerao da gravidade

Medidores de VazoGeralmente a vazo medida indiretamente, ou seja, grande parte dos instrumentos no medem a vazo em si, mas a diferena de presso e, com isso, a vazo.Taxa de VazoFazendo-se o fludo passar por uma constrio, e atravs da diferena de presso gerada, possvel determinar a taxa de vazo deste fludo. Seguem este princpio instrumentos como placas de orifcio, tubo de Venturi, bocal de vazo.Placas de orifcioAs placas de orifcio so dispositivos simples e muito usados. Consiste em um diafragma de metal que, ao ser percorrido por um fludo, cria uma presso diferencial. Abaixo mostrado uma placa de orifcio.Figura 4 Placa de orifcio

Fonte: Bega (2011)

Tubo de VenturiO tubo de Venturi usa o mesmo princpio de presso diferencial das placas de orifcio. Porm a reduo ocorre diretamente no tubo.Alguns dos pontos positivos do tubo de Venturi que ele lida melhor com fludos que possuem suspenso de slidos, cria menos turbulncia e, consequentemente, menos perdas de carga quando comparado a placa de orifcio.O diagrama de um tubo de Venturo pode ser observado na Figura 5.Figura 5 Tubo de Venturi

Fonte: Bega (2011)

Bocal de VazoO bocal de vazo geralmente empregado para lquidos sem suspenso de partculas ou na medio de vazo de vapores. Em relao placa de orifcio, provoca presso diferencial menor e, consequentemente, menos perda de carga.Na Figura 6 possvel observar as diferenas construtivas de cada um dos geradores de presso diferencial.Figura 6 Geradores de presso diferencial: (a) Placa de orifcio; (b) Tubo de Venturi e (c) Bocal de Vazo

Fonte: Dunn (2005)

Medidores EletromagnticosMedidores eletromagnticos podem ser usados quando o escoamento a ser medido condutivo.Neste tipo de instrumento, dois eletrodos so dispostos em lados opostos do tubo. Um campo magntico gerado como mostrado na Figura 7.O fludo passa por este campo e gera uma tenso entre os eletrodos, que lida e usada para indicar a vazo.

Figura 7 Medidor de vazo magntico

Fonte: Dunn (2005)Vazo TotalNesta categoria os instrumentos medem a quantidade de fludo escoando, ou o volume do lquido no escoamento.Podem se basear em contineres de tamanho conhecido, que so completados e esvaziados um determinado nmero de vezes em um dado intervalo de tempo. Os instrumentos mais utilizados so o medidor de pisto e o disco mutante.O disco mutante oscila, deixando passar um dado volume de fludo em cada oscilao. A figura a seguir mostra um dispositivo deste tipo.Figura 8 Disco nutante

Fonte: Dunn (2005)Vazo de MassaSabendo-se a densidade do fludo e medindo-se sua vazo, possvel determinar a massa escoada. Nesta categoria fazem parte turbinas e instrumentos que relacionam transferncia de calor ao fludo.O mtodo de medio por transferncia de calor consiste em manter um elemento aquecedor em contato com a vazo de gs, e observar a energia requerida para manter sua temperatura constante. Quanto maior a vazo, maior ser a energia requerida.Na Tabela 1 mostrado genericamente as principais diferenas entre os medidores de vazo utilizados.Tabela 1 Comparao entre diferentes medidores de fludos

Fonte: (MECATRNICA ATUAL, 2006)

CaldeirasEm caldeiras, um importante controle de vazo ocorre para controlar a combusto. preciso controlar a quantidade de ar e combustvel a ser queimado.Por vezes esse controle feito alterando-se a rotao do ventilador, ou ento utilizando-se de dampers na entrada ou sada do sistema.Em um exemplo dado por Bega (2003) mostrado na Figura 9.Figura 9 Controle de combusto simplificado com medio de vazo do ar e combustvel.

Fonte: Bega (2003)Neste exemplo, quando a presso aumenta, o controlador de presso PRC diminui a entrada de combustvel na caldeira. Quando a proporo ar/combustvel est dentro dos parmetros, o controlador FIC recebe sinais iguais, e o somador FY atua no damper de ar somente com sinais provenientes do PRC.Se a proporo ar/combustvel variar, o controlador FIC perceber essa diferena e enviar sinais para o FY regular o damper de ar, at que se volte a proporo estabelecida.

Fornecedores e InstrumentosVazo de guaPara a medio da vazo de gua que alimenta a caldeira a Yokogawa apresenta o medidor de vazo eletromagntico ADMAG AXF (Figura 10), que no causa praticamente nenhuma queda de presso.Figura 10 Medidor de vazo ADMAG AXF

Fonte: YokogawaVazo de CombustvelO medidor de vazo mssica da Yokogawa Rotomass (Figura 11), do tipo coriolis, possui grande preciso e faixa de medio. Possui proteo a prova de chamas, sendo capaz de trabalhar entre -200C e 350C.Figura 11 Yokogawa Rotomass

Fonte: Yokogawa

Vazo de VaporO medidor de vrtice YEWFLO (Figura 12) capaz de medir a produo de vapor em uma caldeira, trabalhando em temperaturas entre -196C a 450C.Figura 12 Medidor de vazo Yokogawa YEWFLO

Fonte: Yokogawa

ConclusoInstrumentos de medio de vazo ajudam no controle e monitoramento da caldeira, desde a entrada de ar at a medio da produo de vapor. Estes instrumentos se mostraram muito prximos aos instrumentos de presso.So essenciais para realizar a combusto completa e mais econmica.

Referncias Bibliogrficas

BEGA, Egdio Alberto. Instrumentao aplicada ao controle de caldeiras. 3a. Edio, Ed. Intercincia, 2003.

BEGA, E. A. et al. Instrumentao Industrial, 3a edio.Editora Intercincia, So Paulo, 2011.

DUNN, William Charles.Fundamentals of industrial instrumentation and process control. McGraw-Hill, 2005.

MECATRNICA ATUAL. Medio de vazo com placa de orifcio. Ano 5, ed. 26. Editora Saber, 2006.

YOKOGAWA. Measurement in Cogeneration and Captive Power Boiler.Disponvel em . Acesso em 08 abril 15