4º Laboratório de EME 502 MEDIDAS DE VAZÃO

Transcrição

1 Universidade Federal de Uberlândia Instituto de Engenharia Mecânica 4º Laboratório de EME 502 MEDIDAS DE VAZÃO Profa. Ana Lúcia Fernandes de Lima e Silva

2 Objetivos Conhecer o princípio de funcionamento de alguns medidores de vazão; Entender e aplicar a Equação de Bernouli para determinação da vazão teórica; Obter a vazão experimental pelo método volumétrico comparando-a com as obtidas por outros medidores;

3 Vazão Volumétrica Em hidráulica ou em mecânica dos fluidos, define-se vazão como a relação entre o volume e o tempo. A vazão pode ser determinada a partir do escoamento de um fluido através de determinada seção transversal de um conduto livre (canal, rio ou tubulação aberta) ou de um conduto forçado (tubulação com pressão positiva ou negativa). Isto significa que a vazão representa a rapidez com a qual um volume escoa. As unidades de medida adotadas são geralmente o m³/s, m³/h, l/h ou o l/s.

4 Cálculo da Vazão Volumétrica A forma mais simples para se calcular a vazão volumétrica é apresentada a seguir na equação mostrada. Qv representa a vazão volumétrica V é o volume t o intervalo de tempo para se encher o reservatório. Método Experimental

5 Aplicações Controle de processos industriais Sistemas de abastecimento de uma cidade Bombas gasolina nos postos Sistema de dutos petrolíferos Sistemas de irrigação, etc Escolha do Medidor Precisão necessária Ordem de grandeza da vazão Custo Complexidade operacional Facilidade de leitura ou de redução de dados Tempo de vida em serviço, etc

6 Métodos

7 Métodos

8 Pressão estática: É a pressão real ou a pressão termodinâmica que atua no fluido. Pressão Dinâmica: É pressão decorrente da transformação da energia cinética do fluido em pressão, através de uma desaceleração isoentrópica do mesmo. Pressão Total: soma da pressão estática com a dinâmica. Leituras de pressões estática, total e dinâmica.

9 Os medidores de vazão que usam a redução de seção baseiam-se na aceleração imposta ao fluxo que passa por um bocal.

10 Equação Fundamental da Hidrodinâmica

11 2 2 - mas: 2 2 -

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13 Finalmente chega-se à Equação de Bernoulli: V 1 A 1 = V 2 A 2

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15 ou em termos de comprimento

16 É possível mostrar, com base na equação de Bernoulli que o escoamento invíscido de um fluido através de uma restrição é realizado a uma velocidade que depende da diferença de pressões entre os dois reservatórios

17 Bernoulli: Continuidade:

18 Vazão Teórica O valor real da diferença de pressão, isto é, o valor medido, contempla também efeitos viscosos e efeitos inerciais adicionais. Assim, o valor de p medido é superior àquele resultante da aceleração do escoamento devido à redução de área entre 1 e 2 (da Equação de Bernoulli). A diferença é proveniente de fenômenos tais como a perda de carga (efeito viscoso), a formação da vena contracta (efeitos inerciais) e mesmo o posicionamento das tomadas de pressão estática. p real p ideal

19 perda de carga (efeito viscoso) vena contracta (efeitos inerciais) Escoamento em um bocal divergente; lento (à esquerda, velocidade 0,3 ~ 0,4 m/s) e rápido (à direita, 1,5 ~ 2,0 m/s); fluido: água; ângulo divergente: 20 o ; visualização: método dos traçadores. Escoamento através de uma placa - orifício. Fluído: água; velocidade: 1.4 m/s; Re = Visualização através do método das bolhas de hidrogênio.

20 Vena Contracta A inércia das partículas de água que continuam a convergir depois de tocar as bordas do orifício.

21 Para incorporar na equação geral os fatores que aumentam a diferença de pressão, isto é, que a tornam maior que aquela resultante da aceleração entre 1 e 2 (Bernoulli), usa-se o coeficiente de descarga Cd Os coeficientes de correção usados nos medidores de vazão, são:

22 Medidor de Venturi - um trecho de tubulação de entrada com seção igual à do conduto ao qual está acoplado e onde está instalado um anel piezométrico para medir a pressão estática nesta seção; - uma seção convergente que tem por objetivo uniformizar a distribuição de velocidade na seção circular reduzida, chamada garganta, também munida de um anel piezométrico para medição de pressão estática; - um trecho divergente que, gradualmente, leva a seção circular da garganta de volta à medida do conduto.

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24 Outra característica importante do Venturi é que ele é construído de tal forma que o coeficiente de contração é igual a 1,0, portanto: C v = C d para o medidor de venturi, ou seja, C c =1 Teórica Fator de velocidade de aproximação Coeficiente de Vazão Q r Q r Cd A 2. g. h 2 2 A 2 1 A 1 KA 2. g. h 2 Diferença de altura estática ou piezométrica (m.c.a)

25 Curva de Calibração

26 Curva característica para Venturi

27 Placa de orifício

28 Curva característica para Placas de orifício Coeficiente de Escoamento em função do número de Reynolds

29 Rotâmetro

30 Principais Características: A vazão varia linearmente com a posição do flutuador; Só pode ser instalado na orientação vertical; Pode ser bem pequeno, com diâmetros entre 1/8, ou bem grande, com diâmetro de 4 ; Opera com gases e líquidos limpos; As vazões-limite (fundo de escala) estão entre 16 l/s e Nl/s; As vazões mínimas são por volta de 10 l/s e 10 Nl/s; A leitura é realizada diretamente da posição de equilíbrio do flutuador,isto é, não requer medição de diferença de pressão ou perda de carga; A perda de carga na linha é constante, isto é, não varia com a vazão; É muito empregado em indústrias, pelo custo reduzido e facilidade de leitura, e em laboratórios, pela possibilidade de leitura de baixas vazões com alguma precisão e pela facilidade de instalação e substituição.

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32 Vazão

33 Bancada Experimental Placa orifício Rotâmetro Venturi