Conceitos Básicos de Vazão

Transcrição

1 Conceitos Básicos de Vazão Fonte: Simone Massulini Acosta

2 É a quantidade de fluido que passa por um determinado local durante um intervalo de tempo Vazão volumétrica Q = V V t Unidades de volume: litros, mm 3, m 3, galões etc.

3 Vazão mássica - Q M = m t Unidades de massa: kg, toneladas, libras etc. A vazão mássica é igual ao produto da vazão volumétrica pela densidade do fluido. Na prática, como é difícil a medição direta da densidade do fluido e a composição dos gases é constante, usam se as medições da temperatura e da pressão para inferir a densidade.

4 Condições-Padrão Normal (metros cúbicos normais por hora): p = 1 atm e T = 0 ºC SCFM (pés cúbicos standard por minuto): p = 14,699 psi e T = 60ºF Padrão ABNT: p = 1 atm e T = 15 ºC Padrão Petrobrás: p = 1 atm e T = 20 ºC Obs.: 1 m 3 = 1000 litros 1 pé cúbico = 0, m 3 1 galão (americano) = 3,78 litros 1 libra = 0,4536 kg

5 TABELA DE CONVERSÃO - VAZÃO VOLUMÉTRICA PARA OBTER O RESULTADO EXPRESSO EM m 3 /h m 3 /min m 3 /s GPM BPH BPD pé 3 /h pé 3 /min MULTIPLICADOR POR O VALOR EXPRESSO EM m 3 /h 1 0, , , , ,956 35,314 0, m 3 /min , , , m 3 /s , , ,884 Galão por minuto GPM 0, , , ,0208 0,13368 Barril por hora BPH 0, , , , Barril por dia BPD 0, , , , , , pé 3 /h CFH 0, , , , , pé 3 /min CFM 1, , , , , ,

6 TABELA DE CONVERSÃO - VAZÃO MÁSSICA PARA OBTER O RESULTADO EXPRESSO EM t/dia t/h Kg/h Kg/s Ib/h Ib/min Ib/s MULTIPLICADOR POR O VALOR EXPRESSO EM tonelada/dia t/dia 1 0, ,667 0, , , tonelada/hora t/h , ,6 36,7433 0,61239 kilograma / hora kg/h 0,0240 0, , ,2046 0, , kilograma/segundo kg/s 86,400 3, ,6 132,276 2,2046 libra/hora Ib/h 0, , ,4536 0, , , libra/minuto Ib/min 0, , ,216 0, ,01667 libra segundo Ib/s 39,1907 1, ,95 0,

7 Tipos de medidores de vazão: - Medidores de quantidade - Medidores volumétricos

8 MEDIDORES DE QUANTIDADE Permitem saber que quantidade de fluxo passou (mas não a vazão do fluxo que está passando). POR PESAGEM: Balanças VOLUMÉTRICOS: Hidrômetros

9 MEDIDORES DE QUANTIDADE POR PESAGEM Usados para medição de sólidos

10 MEDIDORES DE QUANTIDADE VOLUMÉTRICOS São aqueles em que o fluído, passando em quantidades sucessivas pelo mecanismo de medição faz com que o mesmo acione o mecanismo de indicação. Ex: bombas de gasolina e dos hidrômetros.

11 MEDIDORES VOLUMÉTRICOS Exprimem a vazão por unidade de tempo. POR P VARIÁVEL e ÁREA CONSTANTE: Placa de Orifício, Venturi POR ÁREA VARIÁVEL E P CONSTANTE: Rotâmetro CANAIS ABERTOS: Calha Parshal ESPECIAIS: Magnético, Vórtex, Ultrassom Intrusivos: Placa de Orifício, Rotâmetro, Vórtex, Venturi Não-Intrusivos: Magnético, Ultrassom...

12 250 Medição de Vazão MEDIÇÃO VOLUMETRICO POR PRESSAO DIFERENCIAL Placa de Orifício A sua função é aumentar a velocidade do fluído diminuindo à área da seção em um pequeno comprimento para haver uma queda de pressão. A vazão pode, então, ser medida a partir desta queda. PSI VAZÃO DIFERENCIAL DE PRESSÃO MERCÚRIO Relação entre velocidade e diferença de pressão

13 MEDIÇÃO VOLUMETRICO POR PRESSAO DIFERENCIAL Placa de Orifício

14 MEDIÇÃO VOLUMETRICO POR PRESSAO DIFERENCIAL Placa de Orifício Vantagem: podem ser aplicados numa grande variedade de medições (maioria dos gases e líquidos, inclusive fluídos com sólidos em suspensão, bem como fluídos viscosos), em uma faixa de temperatura e pressão bastante ampla. Desvantagem: perda de carga (de 40 a 80% do P gerado).

15 MEDIÇÃO VOLUMETRICO POR PRESSAO DIFERENCIAL Placa de Orifício Conservação da Energia Horizontal

16 MEDIÇÃO VOLUMETRICO POR PRESSAO DIFERENCIAL Placa de Orifício CÁLCULO DE VAZÃO ISO 5167 Q = 1,1107.C.E. 2.D 2.. p. onde: 1,1107 = constante C = coeficiente de descarga E = = (d/d) 2 D= diâmetro interno da tubulação d = diâmetro do orifício = coeficiente isentrópico (líquido = 1) = massa específica

17 MEDIÇÃO VOLUMETRICO POR PRESSAO DIFERENCIAL Placa de Orifício Simplificando a expressão: Q = K x P Q = Vazão K = Constante que depende de fatores como: relação entre orifício e tubulação e características do fluído P = Pressão diferencial

18 MEDIÇÃO VOLUMETRICO POR PRESSAO DIFERENCIAL Placa de Orifício RELAÇÃO P x Q Q = K x P

19 MEDIÇÃO VOLUMETRICO POR PRESSAO DIFERENCIAL Placa de Orifício Exemplo: A malha abaixo possui vazão máxima de 10 m 3 /h e o P produzido com esta vazão é de mmh 2 O. Qual a pressão de saída do transmissor quando a vazão for 8 m 3 /h? a) Determinação do K Q = K x P K = 10/ 2500 K = 0,2 (o valor de K é calculado com os valores máximos de Q e P) b) Determinação da pressão de saída do transmissor P = (Q/K) 2 = (8/0,2) 2 P = mmh2o

20 MEDIÇÃO VOLUMETRICO POR PRESSAO DIFERENCIAL Placa de Orifício MALHA PARA MEDIÇÃO DE VAZÃO COM EXTRATOR DE RAIZ QUADRADA O sinal de saída de um transmissor de vazão por pressão diferencial variável altera-se quadraticamente em função da vazão. Sua escala deve ser quadrática através de um EXTRATOR DE RAIZ QUADRADA. Atualmente este componente já esta incluso nos medidores.

21 MEDIÇÃO VOLUMETRICO POR PRESSAO DIFERENCIAL Placa de Orifício MALHA PARA MEDIÇÃO DE VAZÃO COM EXTRATOR DE RAIZ QUADRADA A pressão de entrada no extrator (EFY), é linearmente proporcional ao P, e a pressão de saída do extrator (SFY) é linearmente proporcional à vazão Q. "Q" (%) "SFY" (psi) "EFY" (psi) p (%)

22 MEDIÇÃO VOLUMETRICO POR PRESSAO DIFERENCIAL Placa de Orifício COMPENSAÇÃO DE PRESSÃO E TEMPERATURA Quando se medem gases e vapores, a densidade do fluído variará dependendo da pressão e da temperatura. Por isso, é preciso efetuar a correção com compensação para essa variação. Q = K x (PA. P)/TA Onde: Q = vazão, em Nm 3 /h K = constante PA = pressão de trabalho absoluta, bar TA = temperatura de trabalho absoluta, Kelvin P= pressão diferencial, bar

23 MEDIÇÃO VOLUMETRICO POR PRESSAO DIFERENCIAL Placa de Orifício COMPENSAÇÃO DE PRESSÃO E TEMPERATURA TRANSMISSOR MULTI VARIÁVEL

24 MEDIÇÃO VOLUMETRICO POR PRESSAO DIFERENCIAL Placa de Orifício MALHA ANTIGA DE COMPENSAÇÃO

25 MEDIÇÃO VOLUMETRICO POR PRESSAO DIFERENCIAL Placa de Orifício MALHA NOVA DE COMPENSAÇÃO

26 MEDIÇÃO VOLUMETRICO POR PRESSAO DIFERENCIAL Placa de Orifício PLACA DE ORIFÍCIO Fabricadas com aço inox, monel, latão etc., dependendo do fluido.

27 MEDIÇÃO VOLUMETRICO POR PRESSAO DIFERENCIAL Placa de Orifício PLACA DE ORIFÍCIO D diâmetro interno da tubulação d diâmetro do orifício DP diferença de pressão a montante e a jusante 1 espessura do flange 300 LBS pressão máxima AISI-316 tipo de material

28 MEDIÇÃO VOLUMETRICO POR PRESSAO DIFERENCIAL Placa de Orifício PLACA DE ORIFÍCIO Líquidos, gases e vapor que não contenham sólidos em suspensão. Fluído com sólidos em suspensão, os quais possam ser retidos e acumulados na base da placa Fluídos laminados e com alta porcentagem de sólidos em suspensão.

29 MEDIÇÃO VOLUMETRICO POR PRESSAO DIFERENCIAL Placa de Orifício

30 MEDIÇÃO VOLUMETRICO POR PRESSAO DIFERENCIAL Placa de Orifício BORDO QUADRADO Usado em tubulações normalmente maiores que 6" BORDO ARRENDONDADO Usado em fluídos altamente viscosos

31 MEDIÇÃO VOLUMETRICO POR PRESSAO DIFERENCIAL Placa de Orifício BORDO COM ENTRADA CÔNICA Uso geral

32 MEDIÇÃO VOLUMETRICO POR PRESSAO DIFERENCIAL Placa de Orifício TOMADA EM FLANGES Distância da tomada à face montante (alta pressão) K1 = 1 Distância da tomada à face jusante (baixa pressão) K2 = 1 Os furos das tomadas são feitos no próprio flange

33 MEDIÇÃO VOLUMETRICO POR PRESSAO DIFERENCIAL Placa de Orifício INSTALAÇÃO DAS TOMADAS EM FLANGES

34 MEDIÇÃO VOLUMETRICO POR PRESSAO DIFERENCIAL Placa de Orifício TOMADA À D E 1/2D Distância da tomada à face montante K1 = 1D Distância da tomada à face jusante K2 = 1/2D onde D é o diâmetro interno da tubulação Usada em tubulações de 2 a 30

35 MEDIÇÃO VOLUMETRICO POR PRESSAO DIFERENCIAL Placa de Orifício TOMADA À D E 1/2D

36 MEDIÇÃO VOLUMETRICO POR PRESSAO DIFERENCIAL Placa de Orifício TOMADAS DE VENA CONTRACTA Distância da tomada à face montante K1 = ½ a 2D (em geral 1D) Distância da tomada à face jusante K2 = ponto de pressão mínima onde D é o diâmetro interno da tubulação

37 MEDIÇÃO VOLUMETRICO POR PRESSAO DIFERENCIAL Placa de Orifício TOMADAS DE CANTO São construídas no próprio flange e seu uso principal é em tubulações menores que 2", tendo como desvantagem a grande possibilidade de entupimento.

38 MEDIÇÃO VOLUMETRICO POR PRESSAO DIFERENCIAL Placa de Orifício TOMADAS a 2 1/2 D e 8D Distância da tomada à face montante K1 = 2½ D Distância da tomada à face jusante K2 = 8D onde D é o diâmetro interno da tubulação Possui o menor diferencial de pressão entre tomadas e perdem muita pressão devido a rugosidade do tubo.

39 MEDIÇÃO VOLUMETRICO POR PRESSAO DIFERENCIAL Placa de Orifício INSTALAÇÀO DAS TOMADAS a 2 1/2 D e 8D PARA VAZÃO DE ÁGUA

40 MEDIÇÃO VOLUMETRICO POR PRESSAO DIFERENCIAL Placa de Orifício ORIFÍCIO INTEGRAL Quando a tubulação for de pequeno diâmetro, menor que 2, fica impossível de se utilizar placa de orifício, neste caso a saída é a utilização de orifício menores, chamado de orifício integral.

41 MEDIÇÃO VOLUMETRICO POR PRESSAO DIFERENCIAL Placa de Orifício ORIFÍCIO INTEGRAL

42 MEDIÇÃO VOLUMETRICO POR PRESSAO DIFERENCIAL Placa de Orifício DADOS DA PLANTA PILOTO FLUIDO: ÁGUA ESTADO LÍQUIDO DIÂMETRO DA TUBULAÇÃO: ¾ SCH. 40 TABELA = 20,9 mm VAZÃO MÁXIMA: 2070 l/h = 2,07 m 3 /h TEMPERATURA DE OPERAÇÃO: 25 O C MASSA ESPECÍFICA DE OPERAÇÃO: 1000 kg/m 3 VISCOSIDADE: 1,00 PRESSÃO MANOMÉTRICA A MONTANTE: 1,5 kgf/cm 2 PERDA DE CARGA NA PLACA: 2400 mmh2o = 2400 mmca MATERIAL DA PLACA: AÇO INOX 316 TIPOS DE TOMADAS: NA FLANGE Utilizando o programa demonstrativo SSD Cálculo de Orifício ( pode-se obter o valor do diâmetro do orifício.

43 MEDIÇÃO VOLUMETRICO POR PRESSAO DIFERENCIAL Placa de Orifício

44 MEDIÇÃO VOLUMETRICO POR PRESSAO DIFERENCIAL Placa de Orifício

45 Resultado: Beta = d/d Medição de Vazão MEDIÇÃO VOLUMETRICO POR PRESSAO DIFERENCIAL Placa de Orifício Onde: D diâmetro interno da tubulação d diâmetro do orifício Do programa: Beta = 0,60615 d = Beta x D = 0,60615 x 20,9 = 12,6685 Então: DIÂMETRO DO ORIFÍCIO INTEGRAL = 12,6685 mm Verificar na placa de orifício da Planta PD3 o valor de d (diâmetro do orifício)

46 Instalação Medição de Vazão MEDIÇÃO VOLUMETRICO POR PRESSAO DIFERENCIAL Placa de Orifício em cima em baixo ou no mesmo nível com CÂMERA DE CONDENSAÇÃO

47 MEDIÇÃO VOLUMETRICO POR PRESSAO DIFERENCIAL Tubo Venturi Propósito é acelerar o fluído e temporariamente baixar sua pressão estática. Recomendado quando se deseja uma menor perda de pressão e quando o fluido medido carrega sólidos em suspensão.

48 MEDIÇÃO VOLUMETRICO POR PRESSAO DIFERENCIAL Tubo Venturi

49 MEDIÇÃO VOLUMETRICO POR PRESSAO DIFERENCIAL Tubo Venturi Representação da energia específicas em pontos distintos de um venturi, do site da

50 MEDIÇÃO VOLUMETRICO POR PRESSAO DIFERENCIAL Tubo Venturi

51 MEDIÇÃO VOLUMETRICO POR PRESSAO DIFERENCIAL Tubo Venturi

52 MEDIÇÃO VOLUMETRICO POR PRESSAO DIFERENCIAL Tubo Venturi vs Placa de Orifício

53 MEDIÇÃO VOLUMETRICO POR PRESSAO DIFERENCIAL Bocal O bocal de vazão (flow nozzle) é um meio termo entre a placa de orifício e o tubo Venturi.

54 MEDIÇÃO VOLUMETRICO POR PRESSAO DIFERENCIAL Bocal Pode operar com: - líquidos limpos, sujos, viscosos ou corrosivos - gases limpos ou sujos - vapor A aplicação principal dos Bocais é a medição de vapor em regime severo de pressão, temperatura e velocidade; pela sua rigidez é dimensionalmente mais estável que as placas de orifício em velocidade e temperatura elevadas; é o caso típico do vapor superaquecido em saídas de caldeira.

55 MEDIÇÃO VOLUMETRICO POR PRESSAO DIFERENCIAL Bocal Bocal ISA 1932 (desenvolvido em 1932 pelo International Organization for Standardization- ISO)

56 MEDIÇÃO VOLUMETRICO POR PRESSAO DIFERENCIAL Bocal Bocal ASME (American Society of Mechanical Engineers)

57 MEDIÇÃO VOLUMETRICO POR PRESSAO DIFERENCIAL Tubo Pitot Velocidade detectada em um ponto da tubulação. A diferença da pressão de impacto e a pressão estática da linha nos darão a pressão diferencial, a qual é proporcional ao quadrado da velocidade.

58 MEDIÇÃO VOLUMETRICO POR PRESSAO DIFERENCIAL Tubo Pitot

59 MEDIÇÃO VOLUMETRICO POR PRESSAO DIFERENCIAL Tubo Pitot PRESSÃO DINÂMICA

60 MEDIÇÃO VOLUMETRICO POR PRESSAO DIFERENCIAL Tubo Pitot

61 MEDIÇÃO VOLUMETRICO POR PRESSAO DIFERENCIAL Tubo Pitot Vantagens Escoamento externo como interno Gases como em líquidos. Dispensa calibração. Nenhum fluxo passa pelo instrumento. Não há limite para a distância entre o tubo de Pitot e o manômetro. Temperatura Limitada a 680 C. Desvantagens

62 MEDIÇÃO VOLUMETRICO POR PRESSAO DIFERENCIAL Tubo Pitot TUBO DE PITOT NA MEDIÇÃO DE VAZÃO DE AR

63 MEDIÇÃO VOLUMETRICO POR PRESSAO DIFERENCIAL Tubo Pitot (Annubar)

64 MEDIÇÃO VOLUMETRICO POR PRESSAO DIFERENCIAL Tubo Pitot (Annubar) O Annubar é um dispositivo de produção de pressão diferencial que ocupa todo o diâmetro do tubo.

65 MEDIÇÃO VOLUMETRICO POR PRESSAO DIFERENCIAL Tubo Pitot (Annubar) Após o fluido separar-se em torno do sensor Annubar, uma zona de baixa pressão (abaixo da pressão estática no tubo) é criada devido ao formato do sensor. A diferença de pressão é proporcional a raiz quadrada da vazão assim como os medidores anteriores.

66 MEDIÇÃO VOLUMETRICO POR PRESSAO DIFERENCIAL Tubo Pitot (Annubar) Capacidade para detectar todas as vazões na tubulação a qual está instalado, sendo a vazão total a média das vazões detectadas.

67 MEDIÇÃO VOLUMETRICO POR PRESSAO DIFERENCIAL Tubo Pitot (Annubar) SELEÇÃO DO MEDIDOR Os medidores são escolhidos com base no custo de aquisição e de instalação, necessidade de medidor reserva, tamanho da linha, precisão requerida, fluído a ser medido, seu estado (gás, vapor ou líquido) e faixa do medidor.

68 MEDIÇÃO VOLUMETRICO POR PRESSAO DIFERENCIAL V Cone O medidor tipo V Cone mede a diferença de pressão entre a pressão estática da linha e a pressão depois do cone.

69 MEDIÇÃO VOLUMETRICO POR PRESSAO DIFERENCIAL V Cone Vantagens: alta exatidão, alta repetibilidade, mínimo trecho reto, trabalho com fluídos limpos e sujos.

70 MEDIÇÃO VOLUMETRICO POR PRESSAO DIFERENCIAL V Cone

71 MEDIÇÃO VOLUMETRICO POR PRESSAO DIFERENCIAL V Cone

72 MEDIÇÃO VOLUMETRICO POR PRESSAO DIFERENCIAL V Cone

73 MEDIÇÃO VOLUMETRICO POR PRESSAO DIFERENCIAL Perda de Carga Fonte: Bringer -

74 MEDIÇÃO VOLUMETRICO POR PRESSAO DIFERENCIAL Medição de Vazão Perda de Carga Fonte: Bringer

75 Medidores de Vazão por Pressão Diferencial Constante (Área Variável) Dispositivos nos quais a área da restrição pode ser modificada para manter constante o diferencial de pressão enquanto muda a vazão.

76 MEDIÇÃO VOLUMETRICO POR AREA VARIAVEL Rotâmetro Partes: Um tubo de vidro de formato cônico, o qual é colocado verticalmente. Um flutuador que se moverá verticalmente, em função da vazão medida.

77 MEDIÇÃO VOLUMETRICO POR AREA VARIAVEL Rotâmetro Princípio de Funcionamento 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 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. Como a área aumenta, 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. Cada posição do flutuador corresponde a um valor determinado de vazão.

78 MEDIÇÃO VOLUMETRICO POR AREA VARIAVEL Rotâmetro

79 MEDIÇÃO VOLUMETRICO POR AREA VARIAVEL Rotâmetro CONDIÇÕES DE EQUILÍBRIO W = peso do flutuador F = força de arraste do fluido sobre o flutuador E = força de empuxo do fluido sobre o flutuador

80 MEDIÇÃO VOLUMETRICO POR AREA VARIAVEL Rotâmetro FLUTUADORES Esférico - Para baixas vazões e pouca precisão; sofre uma influência considerável da viscosidade do fluido. Cilindro com Bordo Plana - Para vazões médias e elevadas; sofre uma influência média da viscosidade do fluido. Cilindro com Bordo Saliente de Face Inclinada para o Fluxo - Sofre menor influência da viscosidade do fluido. Cilindro com Bordo Saliente contra o Fluxo - Sofre a mínima influência da viscosidade do fluido.

81 MEDIÇÃO VOLUMETRICO POR AREA VARIAVEL Rotâmetro Animação Applitech -

82 MEDIÇÃO VOLUMETRICO POR AREA VARIAVEL Rotâmetro

83 MEDIÇÃO DE VAZÃO EM CANAIS ABERTOS Verterdor O vertedor mede a altura estática do fluxo em reservatório que verte o fluido de uma abertura de forma variável.

84 Q Medição de Vazão MEDIÇÃO DE VAZÃO EM CANAIS ABERTOS Verterdor 3/ 2 L 0,2. H. 1,838. H Q dada em m 3 /s e L e H em metros Régua para medição da carga hidráulica Face (H): Presente nos vertedores Crista ou Soleira (L): superfície com contrações laterais por onde a água extravasa

85 MEDIÇÃO DE VAZÃO EM CANAIS ABERTOS Verterdor Q = 1,83.L.H 3/2

86 MEDIÇÃO DE VAZÃO EM CANAIS ABERTOS Verterdor Q 1,4. H 5/ 2

87 MEDIÇÃO DE VAZÃO EM CANAIS ABERTOS Verterdor À esquerda na figura, vêse um vertedor de forma simples (retangular) utilizado para medir grandes vazões. À direita há um vertedor de seção composta (retangular na parte superior e triangular em baixo). A forma triangular é apropriada para medir vazões pequenas com precisão.

88 MEDIÇÃO DE VAZÃO EM CANAIS ABERTOS Calha Parshall O medidor tipo calha Parshall é um tipo de Venturi aberto que mede a altura estática do fluxo. É mais vantajoso que o vertedor, porque apresenta menor perda de carga e serve para medir fluidos com sólidos em suspensão.

89 MEDIÇÃO DE VAZÃO EM CANAIS ABERTOS Calha Parshall O líquido é forçado por uma garganta relativamente estreita, sendo que o nível da água à montante da garganta é o indicativo da vazão a ser medida, independendo do nível da água à jusante de tal garganta.

90 DETERMINAÇÃO DA VAZÃO COM CALHA PARSHALL A base horizontal da calha constitui um nível de referência para o nível de água a montante. Muitas vezes mede-se a altura da água num ponto situado a 2/3 do canal de aproximação da garganta, tendo-se estabelecido empiricamente a seguinte relação entre o nível de água no ponto 0 e a vazão na seção: Q = 2,2. W. H 0 3/2, (Q em m3/s) onde H 0 = altura do nível de água no ponto 0 (m) W = largura da garganta (m) Uma condição importante para o funcionamento adequado de uma calha Parshall é a de que o nível de água a jusante da calha deve ser suficientemente baixo para evitar o seu "afogamento", um termo que indica que o nível de água a jusante da calha influi sobre o nível a montante. Experimentalmente estabeleceu-se que, tomando-se a base da calha como referência, o nível da água a jusante não deve exceder 60 por cento do nível de água a montante para as calhas com garganta de 3, 6 ou 9 polegadas (isto é W < 229 mm). Para valores de W acima de 1 pé (305 mm) a proporção máxima é de 70 por cento, ou seja, H 2 /H 1 < 0,60 para garganta de 3, 6 ou 9 polegadas ou H 2 /H 1 < 0,70 para garganta de 1 a 8 pés, indicam escoamento livre sem prejuízo da vazão com afogamentos. Em qualquer situação este afogamento nunca deverá ultrapassar 95%.

91 MEDIÇÃO DE VAZÃO EM CANAIS ABERTOS Calha Parshall

92 MEDIÇÃO DE VAZÃO EM CANAIS ABERTOS Calha Parshall Entrada de água bruta (água ainda não tratada) em uma estação de tratamento de água. A água passa por uma calha Parshall utilizada para medição da vazão.

93 MEDIDORES ESPECIAIS DE VAZÃO Medidor Eletromagnético de Vazão Insensível à densidade e à viscosidade do fluido de medição. Ideais para medição de produtos químicos altamente corrosivos, fluidos com sólidos em suspensão, lama, água e polpa de papel. Fluido tem que ser eletricamente condutivo.

94 MEDIDORES ESPECIAIS DE VAZÃO Medidor Eletromagnético de Vazão

95 MEDIDORES ESPECIAIS DE VAZÃO Medidor Eletromagnético de Vazão

96 MEDIDORES ESPECIAIS DE VAZÃO Medidor Eletromagnético de Vazão

97 MEDIDORES ESPECIAIS DE VAZÃO Medidor Eletromagnético de Vazão Lei de Farad: E = B.D.V onde: E: f.e.m. induzida (V), B: densidade do fluxo magnético (T), D: diâmetro interno do detector (m), V: velocidade do fluido (m/s) f.e.m. é proporcional à velocidade.

98 MEDIDORES ESPECIAIS DE VAZÃO Medidor Eletromagnético de Vazão Para evitar que a f.e.m. seja curtocircuitada pela parede condutiva do tubo, utiliza-se um isolante tal como Teflon, borracha de poliuretano ou cerâmica.

99 C1 Medição de Vazão MEDIDORES ESPECIAIS DE VAZÃO Medidor Eletromagnético de Vazão Eletrodos são dois condutores instalados na parede do tubo para receber a tensão induzida no fluido. Existem vários materiais de fabricação tais como: aço inox, monel, hastelloy, platina e outros que dependem do tipo de fluido a ser medido.

100 Slide 99 C1 Os medidores mais modernos já estão sendo construídos com a possibilidade de medir a resistência elétrica do eletrodo com relação à terra e, assim, poder determinar se há ou não incrustação no mesmo Carlos Eduardo Ferrante do Amaral, 9/16/2011

101 MEDIDORES ESPECIAIS DE VAZÃO Medidor Eletromagnético de Vazão Alguns fabricantes já estão disponibilizando o eletrodo removível, para facilitar a troca ou limpeza do mesmo, quando esta não está funcionando corretamente.

102 MEDIDORES ESPECIAIS DE VAZÃO Medidor Eletromagnético de Vazão Os quatro tipos principais de excitação são: corrente contínua, corrente alternada, corrente pulsante e freqüência dupla simultânea.

103 Formas de Excitação: Medição de Vazão MEDIDORES ESPECIAIS DE VAZÃO Medidor Eletromagnético de Vazão Excitação em corrente contínua Vantagem: permitir uma rápida detecção da variação de velocidade do fluido Aplicada para casos: metais líquido. Desvantagens: dificuldade de amplificação do sinal obtido, influência do potencial eletroquímico, fenômeno de eletrólise entre os eletrodos e outros ruídos.

104 MEDIDORES ESPECIAIS DE VAZÃO Medidor Eletromagnético de Vazão Formas de Excitação: Excitação em corrente alternada Vantagens: não ser afetada pelo potencial eletroquímico, ser imune à eletrólise e de fácil amplificação. Desvantagens: vários ruídos surgirem em função da corrente alternada, que são provocados pela indução eletromagnética, chamado de ruído de quadratura, pela corrente de Foucault, que provoca o desvio de zero e pelos ruídos de rede que se somam ao sinal de vazão e muitas vezes são difíceis de serem eliminados.

105 MEDIDORES ESPECIAIS DE VAZÃO Medidor Eletromagnético de Vazão Formas de Excitação: Excitação em corrente contínua pulsada Vantagens dos métodos anteriores e não tem as desvantagens. Não é afetada pelo potencial eletroquímico, pois o campo magnético inverte o sentido periodicamente. Como durante a medição o campo é constante, não teremos problemas com correntes de Foucault nem com indução eletromagnética, que são fenômenos que ocorrem somente quando o campo magnético varia. O ruído da rede é eliminado sincronizando o sinal de amostragem com a freqüência da rede e utilizando-se uma freqüência que seja um sub-múltiplo par da freqüência da rede.

106 MEDIDORES ESPECIAIS DE VAZÃO Medidor Eletromagnético de Vazão Formas de Excitação: Excitação com freqüência dupla simultânea Componente de alta freqüência responde principalmente às variações rápidas, enquanto que a componente de baixa freqüência responde principalmente às variações lentas. Alta Frequência 75Hz Baixa Frequência 6.25 Hz

107 MEDIDORES ESPECIAIS DE VAZÃO Medidor Eletromagnético de Vazão Aterramento A forma de efetuar o aterramento depende do tipo de medidor (revestimento interno, etc.). Quando o medidor é instalado entre tubulações não metálicas ou revestidas internamente, é normal instalar anéis metálicos entre os flanges do medidor e a tubulação.

108 MEDIDORES ESPECIAIS DE VAZÃO Medidor Eletromagnético de Vazão Escolha do diâmetro C2 Tabela que relaciona a velocidade com a vazão

109 Slide 107 C2 Os medidores magnéticos industriais apresentam um melhor desempenho relativo à precisão, quando a vazão medida corresponde a uma velocidade apreciável. Devem ser levadas em conta consideração relativa ao compromisso entre a decantação/incrustação e abrasão. Tipicamente, eles têm uma precisão de 1% da escala quando a velocidade que corresponde ao fim da escala de vazão, é superior a 1m/s e 2% quando compreendido entre 0,3 e 1m/s (os valores numéricos citados variam dependendo do fabricante). Os fabricantes apresentam ábacos de escolha para seus medidores onde, conhecendo a velocidade ou a vazão máxima a medir, pode ser determinado o diâmetro do medidor magnético para efetuar a medição. Carlos Eduardo Ferrante do Amaral, 9/16/2011

110 Instalação correta Medição de Vazão MEDIDORES ESPECIAIS DE VAZÃO Medidor Eletromagnético de Vazão

111 Instalação correta Medição de Vazão MEDIDORES ESPECIAIS DE VAZÃO Medidor Eletromagnético de Vazão Para evitar bolhas e também falsa indicação quando não houver vazão na tubulação, o tubo medidor deve ser instalado, de acordo com a figura abaixo.

112 Instalação correta Medição de Vazão MEDIDORES ESPECIAIS DE VAZÃO Medidor Eletromagnético de Vazão Para evitar que o produto a ser medido não dê o contato adequado correto com os eletrodos, o tubo medidor deve ser instalado, de acordo com a figura abaixo.

113 MEDIDORES ESPECIAIS DE VAZÃO Medidor Eletromagnético de Vazão

114 MEDIDORES ESPECIAIS DE VAZÃO Medidor Tipo Turbina O rotor gira a uma velocidade determinada pela velocidade do fluido e pelo ângulo das lâminas do rotor. A medida que cada lâmina passa diante da bobina e do imã, ocorre uma variação da relutância do circuito magnético e no fluxo magnético total a que está submetida à bobina.

115 MEDIDORES ESPECIAIS DE VAZÃO Medidor Tipo Turbina

116 MEDIDORES ESPECIAIS DE VAZÃO Medidor Tipo Turbina Saída do Sinal Rotor Saída do Rotor Condicionador de fluxo

117 MEDIDORES ESPECIAIS DE VAZÃO Medidor Tipo Turbina

118 MEDIDORES ESPECIAIS DE VAZÃO Medidor Tipo Turbina

119 MEDIDORES ESPECIAIS DE VAZÃO Medidor Tipo Turbina Fonte: Incontrol

120 MEDIDORES ESPECIAIS DE VAZÃO Medidor Tipo Turbina Viscosidade Se a viscosidade aumenta o fator K (coeficiente de vazão) deixa de ser uma constante e passa a ser uma função da viscosidade e da freqüência de saída da turbina. Usando dados da calibração obtêm-se o fator médio de calibração K relativo à faixa de vazão: K = 60.f Q Para melhorar a qualidade da medição em algumas aplicações devemos instalar retificadores de fluxo para diminuir a turbulência do fluído, conforme mostra a figura abaixo.

121 MEDIDORES ESPECIAIS DE VAZÃO Medidor Tipo Turbina Instalação Típica:

122 MEDIDORES ESPECIAIS DE VAZÃO Medidor Tipo Turbina Vantagens: - Flexibilidade em medidas (líquido e gás) - Suporta Temperatura (450 o C) - Monitoramento contínuo - Mede fluídos com alta viscosidade - Larga capacidade de fluxo - Excelente repetibilidade - Suporta altas pressões (300 bar) Desvantagens: - Deve ser evitadas turbulências no fluído - Podem ocorrer encrustações e travamento no rotor - A viscosidade afeta a precisão - O fluído não pode ter sódidos - Alto custo de instalação e manutenção - Desgaste das pás

123 MEDIDORES ESPECIAIS DE VAZÃO Medidor Tipo Vórtex (Vórtices) Anteparo de geometria forma vórtices, que se desprendem alternadamente de cada lado do anteparo. A freqüência de geração de vórtices não é afetada por variações na viscosidade, densidade, temperatura ou pressão do fluido.

124 MEDIDORES ESPECIAIS DE VAZÃO Medidor Tipo Vórtex (Vórtices) Topo da Montanha Vortices

125 MEDIDORES ESPECIAIS DE VAZÃO Medidor Tipo Vórtex (Vórtices) Método de detecção dos vórtices Vortex shedder - O corte trapezoidal proporciona excelente linearidade na freqüência de geração dos vórtices.

126 MEDIDORES ESPECIAIS DE VAZÃO Medidor Tipo Vórtex (Vórtices)

127 MEDIDORES ESPECIAIS DE VAZÃO Medidor Tipo Vórtex (Vórtices) Método de detecção dos vórtices Quando o fluído passa pelo dispositivo (shedder) gera um deslocamento no sensor. Este deslocamento é alternado hora do lado esquerdo, hora do lado direito.

128 MEDIDORES ESPECIAIS DE VAZÃO Medidor Tipo Vórtex (Vórtices) O cristal B (sensor piezoelétrico) mede esta freqüência de oscilação e a freqüência de vibração da tubulação (ruído). O cristal A mede somente a freqüência de vibração da tubulação. Cristal A Cristal B Força Force H L

129 MEDIDORES ESPECIAIS DE VAZÃO Medidor Tipo Vórtex (Vórtices)

130 MEDIDORES ESPECIAIS DE VAZÃO Medidor Tipo Vórtex (Vórtices) Perfis para geração do Vortex

131 MEDIDORES ESPECIAIS DE VAZÃO Medidor Tipo Vórtex (Vórtices) Caracteríticas: - Sem partes móveis - Disponível para tubulações de 0,5 a 12 - Sensor de diversos materiais - Corpo de diversos materiais - Saída 4-20 ma ou pulsos - Ampla gama de indicadores remotos

132 MEDIDORES ESPECIAIS DE VAZÃO Medidor Tipo Vórtex (Vórtices) Aplicações: - Sistemas de filtração e produção de água pura - Sistemas de água deionizada ou desmineralizada - Sistemas de refrigeração (torres de resfriamento) - Efluentes tratados - Dosagem química - Produtos químicos agressivos. - Medidas de vazão de vapor - Vazão de líquidos de baixa viscosidade - Gases

133 MEDIDORES ESPECIAIS DE VAZÃO Medidor Tipo Vórtex (Vórtices) Vantagens: - Flexibilidade em medidas (líquido, gás e vapor) - Baixa perda de carga - Monitoramento contínuo - Diversos materias do sensor - Ausência de partes móveis - Excelente repetibilidade Desvantagens: - Fluído não pode ter turbulências - Não é aplicado para fluídos de alta viscosidade

134 MEDIDORES ESPECIAIS DE VAZÃO Medidor Tipo Vórtex (Vórtices) Medidor Vortex Digital com sensor de temperatura incorporado Sensor de Temperatura (Pt1000)

135 MEDIDORES ESPECIAIS DE VAZÃO Medidor Tipo Vórtex (Vórtices)

136 MEDIDORES ESPECIAIS DE VAZÃO Medidor Tipo Ultrassônicos Medidores a efeito Doppler Medidores de tempo de trânsito Transdutores são presos à superfície externa da tubulação ou com contato direto com o fluído. Evitar produtos que depositam na superfície interna do tubo, formando uma camada absorvente de energia acústica.

137 MEDIDORES ESPECIAIS DE VAZÃO Medidor Tipo Ultrassônicos Os transdutores-emissores de ultrassons consistem em cristais piezoelétricos que são usados como fonte de ultrassom, para enviar sinais acústicos que passam no fluido, antes de atingir os sensores correspondentes.

138 MEDIDORES ESPECIAIS DE VAZÃO Medidor Tipo Ultrassônicos Principio Piezelétrico (Emissão).

139 MEDIDORES ESPECIAIS DE VAZÃO Medidor Tipo Ultrassônicos Principio Piezelétrico (Recepção).

140 MEDIDORES ESPECIAIS DE VAZÃO Medidor Tipo Ultrassônicos

141 MEDIDORES ESPECIAIS DE VAZÃO Medidor Tipo Ultrassônicos Medidores a efeito Doppler Opera com líquidos que contêm partículas sólidas ou gasosas. A variação de freqüência ocorre quando as ondas são refletidas pelas partículas móveis do fluido.

142 MEDIDORES ESPECIAIS DE VAZÃO Medidor Tipo Ultrassônicos Medidores a efeito Doppler

143 MEDIDORES ESPECIAIS DE VAZÃO Medidor Tipo Ultrassônicos Medidores a efeito Doppler

144 MEDIDORES ESPECIAIS DE VAZÃO Medidor Tipo Ultrassônicos Medidores de tempo de trânsito Opera com fluídos limpos. 1/t1 = V2 - V1 cos θ L 1/t2 = V2 + V1 cos θ L A diferença dos tempos de trânsito fornece a velocidade.

145 MEDIDORES ESPECIAIS DE VAZÃO Medidor Tipo Ultrassônicos Medidores de tempo de trânsito

146 MEDIDORES ESPECIAIS DE VAZÃO Medidor Tipo Ultrassônicos Medidores de tempo de trânsito - Transmissão

147 MEDIDORES ESPECIAIS DE VAZÃO Medidor Tipo Ultrassônicos Medidores de tempo de trânsito - Transmissão

148 MEDIDORES ESPECIAIS DE VAZÃO Medidor Tipo Ultrassônicos Medidores de tempo de trânsito - Reflexão

149 MEDIDORES ESPECIAIS DE VAZÃO Medidor Tipo Ultrassônicos Medidores de tempo de trânsito - Reflexão

150 MEDIDORES ESPECIAIS DE VAZÃO Medidor Tipo Coriolis (Mássico) A pseudoforça centrífuga e a pseudoforça de Coriolis são as duas parcelas da força inercial total necessária à correta descrição dos movimentos dos corpos observados a partir de referenciais não-inerciais que giram em relação a um referencial inercial..

151 MEDIDORES ESPECIAIS DE VAZÃO Medidor Tipo Coriolis (Mássico) Componentes: Tubos de sensores de medição Transmissor. Os tubos de medição são submetidos a uma oscilação e ficam vibrando na sua própria freqüência natural à baixa amplitude, quase imperceptível a olho nu.

152 MEDIDORES ESPECIAIS DE VAZÃO Medidor Tipo Coriolis (Mássico) Bobina de Excitação Detetores do Efeito Coriolis Tamanho de flange à escolher Sensor de Temperatura Caixa Externa Caixa Interna

153 MEDIDORES ESPECIAIS DE VAZÃO Medidor Tipo Coriolis (Mássico) Quando um fluido qualquer é introduzido no tubo em vibração, o efeito Coriolis se manifesta causando uma deformação, isto é, uma torção, que é captada por meio de sensores magnéticos que geram uma tensão em formato de ondas senoidais.

154 MEDIDORES ESPECIAIS DE VAZÃO Medidor Tipo Coriolis (Mássico)

155 MEDIDORES ESPECIAIS DE VAZÃO Medidor Tipo Coriolis (Mássico) As forças geradas pelos tubos criam uma certa oposição à passagem do fluido na sua região de entrada, e em oposição, auxiliam o fluído na região de saída dos tubos.

156 MEDIDORES ESPECIAIS DE VAZÃO Medidor Tipo Coriolis (Mássico)

157 MEDIDORES ESPECIAIS DE VAZÃO Medidor Tipo Coriolis (Mássico)

158 MEDIDORES ESPECIAIS DE VAZÃO Medidor Tipo Coriolis (Mássico)

159 MEDIDORES ESPECIAIS DE VAZÃO Medidor Tipo Coriolis (Mássico) Princípio de Coriolis O movimento das partículas do fluído que percorre o par de tubos, oriundo do movimento oscilatório induzido pelas bobinas de Excitação, resulta no surgimento de Forças de Coriolis. F c 2 m f V rad Onde, m f = massa do fluido em movimento W = velocidade angular dos tubos em torno do eixo de rotação V rad = velocidade radial do fluido no sistema W

160 MEDIDORES ESPECIAIS DE VAZÃO Medidor Tipo Coriolis (Mássico) Posição das Bobinas Deflexão das Bobinas

161 MEDIDORES ESPECIAIS DE VAZÃO Medidor Tipo Coriolis (Mássico) Sinal de saída do detector de efeito Coriolis O atraso entre os dois lados (desvio de fase) é diretamente proporcional à vazão mássica e a alteração de freqüência de vibração é diretamente proporcional a densidade do produto. frequência = densidade desvio de fase = vazão mássica

162 MEDIDORES ESPECIAIS DE VAZÃO Medidor Tipo Coriolis (Mássico)

163 MEDIDORES ESPECIAIS DE VAZÃO Medidor Tipo Coriolis (Mássico)

164 MEDIDORES ESPECIAIS DE VAZÃO Medidor Tipo Coriolis (Mássico)

165 MEDIDORES ESPECIAIS DE VAZÃO Medidor Tipo Coriolis (Mássico) Mede-se a temperatura a fim de compensar as vibrações das deformações elásticas sofridas com a oscilação da temperatura.

166 MEDIDORES ESPECIAIS DE VAZÃO Medidor Tipo Coriolis (Mássico) Restrições de Montagem O sensor não deverá ser instalado no ponto mais alto do sistema, pois causaria o acúmulo de bolhas de gás que causariam erros na medição. O sensor não deverá ser instalado antes do ponto de escape do fluído, pois causaria o acúmulo de bolhas de gás que causariam erros na medição

167 MEDIDORES ESPECIAIS DE VAZÃO Medidor Tipo Coriolis (Mássico) Instalação Vertical Sentido do Fluxo deve estar orientado para cima. Deste modo, quando o fluxo está parado, as partículas sólidas caem e as bolhas de ar sobem, eliminando tanto as partículas sólidas como as bolhas de ar dos tubos do medidor. Outra vantagem é que desta maneiro os tubos poderão ser drenados com a maior facilidade.

168 MEDIDORES ESPECIAIS DE VAZÃO Medidor Tipo Coriolis (Mássico) Instalação da Linha de Escape Possuir antes de passar pelo sensor um pequeno reservatório Logo após o sensor passar por uma placa orifício (restrição) Após o sensor ter uma válvula de bloqueio.

169 MEDIDORES ESPECIAIS DE VAZÃO Medidor Tipo Coriolis (Mássico) Instalação Horizontal Para Líquidos não permanecem bolhas de ar nos tubos de medição. Para Gases não permanecem partículas de condensados nos tubos.

170 MEDIDORES ESPECIAIS DE VAZÃO Medidor Tipo Coriolis (Mássico) Vantagens Controles precisos de processos e bateladas Possibilita medir a maioria dos fluídos, multifásicos, líquidos com alta viscosidade, líquidos com certa quantidade de gás, além dos gases. Mede sem a necessidade da compensação de pressão, densidade, temperatura e viscosidade Trabalha com elevadas vazões e pressões Desvantagens Baixa faixa de temperatura (-200 a 400 C) Perda de Carga

171 MEDIDORES ESPECIAIS DE VAZÃO Medidor Tipo Coriolis (Mássico)

172 MEDIDORES ESPECIAIS DE VAZÃO Medidor Tipo Térmico (Mássico) Duas bobinas idênticas são enroladas externamente ao tubo. Estas bobinas funcionam tanto como sensores de temperatura quanto aquecedores. No caso de vazão nula pelo tubo, o perfil de temperatura na parede do tubo (perfil longitudinal) será simétrico. Os dois sensores terão, assim, leituras de resistência idênticas. Quando há escoamento, o perfil torna-se não simétrico com a segunda bobina exposta a um nível de temperatura superior. A diferenças de temperatura (diferença de resistência) das duas bobinas é proporcional à vazão mássica.

173 Medida térmica invasiva. Medição de Vazão MEDIDORES ESPECIAIS DE VAZÃO Medidor Tipo Térmico (Mássico) Termômetro Aquecedor

174 MEDIDORES ESPECIAIS DE VAZÃO Medidor Tipo Térmico (Mássico)