Prof. Leandro Morais VAZÃO

Prof. Leandro Morais VAZÃO

Vazão

Definição de Vazão - É a quantidade de líquido, gás ou sólido que passa por um determinado local por unidade de tempo. - Quantidade medida em volume (m³) ou massa (kg)

Tipos de Processos - Processo Contínuo: Envolve variáveis contínuas no tempo. A produção é medida em toneladas ou em metros cúbicos. Exemplos: indústrias petrolíferas, químicas, petroquímicas, papel e celulose, cimenteira, metalúrgica, de tratamento de água, geração e distribuição de energia elétrica, entre outras. - Processo Discreto: Envolve de maneira mais significativa variáveis discretas no tempo. A produção é medida em unidades produzidas. Exemplos: Indústria automobilística e fábricas em geral.

Tipos de Vazão Vazão Volumétrica Vazão Mássica Vazão Gravitacional

Definição de Vazão Qv = V t Q = Vazão volumétrica (m³/s) V = Volume (m³) T = Tempo (s)

Definição de Vazão Qm = M t Q = Vazão mássica (kg/s) M = Massa (kg) T = Tempo (s)

Definição de Vazão Qρ = W t Q = Vazão gravitacional (kgf/s) W = Peso (kgf) T = Tempo (s)

Condições de Medição - Ao realizar a medição é importante indicar as condições de operação de temperatura e pressão (CNTP): Temperatura: 0 C / 15 C / 20 C Pressão: Ao nível do mar / Ambiente

Vazão - Grandeza física representada por: Valor Numérico Unidade - Unidades: m³/s (metro cúbico por segundo) l/min (litros por minuto) galões/min kg/h (quilograma por hora)

Conceitos - Fluido: - Matéria cuja forma pode ser mudada e é capaz de se deslocar. - Escoamento: - Ato de um fluido se deslocar. - Perda de Carga: - Queda de pressão sofrida por um fluido em uma tubulação.

Perda de Carga

Conceitos - Montante: que se situa antes do referencial - Jusante: que se situa depois do referencial.

Viscosidade - Relacionada ao grau de resistência ao escoamento de um fluido em um duto qualquer. - Quanto maior a viscosidade, menor será a velocidade.

Viscosidade Fluido de alta viscosidade Fluido de baixa viscosidade

Escoamento - Regime laminar: Escoamento laminar (uniforme) sem passagem de partículas para outras camadas.

Escoamento - Regime turbulento: Escoamento desordenado das partículas com oscilações de velocidade e pressão.

Escoamento - Número de Reynolds: Número utilizado para determinar o tipo de escoamento. Re = V. D Re = Número de Reynolds V = Velocidade (m/s) D = Diâmetro (m) ʋ = Viscosidade Cinemática (m²/s) - Regime turbulento : Re > 2.320 - Nas medições de vazão na indústria, o regime de escoamento é na maioria turbulento com Re > 5.000. ʋ

Escoamento

Escoamento - Durante o escoamento em um duto, a velocidade será máxima no ponto central do duto e mínima na parede do duto.

Tipos de Medidores Existem 3 tipos fundamentais de medidores de vazão: 1) Indiretos 2) Diretos 3) Especiais

Tipos de Medidores 1) Medidores Indiretos: Utilizam fenômenos relacionados à quantidade de fluido passante. a) Perda de Carga Variável (Área constante) - Tubo de Pitot - Tubo de Venturi - Annubar - Placa de Orifício b) Área Variável (Perda de Carga constante) - Rotâmetro

Tipos de Medidores 2) Medidores diretos: volume do fluido passante. a) Deslocamento positivo do fluido: - Disco Nutante - Pistão Flutuante - Rodas Ovais b) Velocidade pelo impacto do fluido: - Tipo Hélice - Tipo Turbina

Tipos de Medidores 3) Medidores especiais: - Eletromagnetismo - Vortex - Ultrassônico - Calhas Parshall - Vertedor

Tubo de Pitot - Realiza a medição da vazão através do diferencial de pressão.

Tubo de Pitot

Conforme o avião aumenta sua velocidade a pressão na ponta do tubo, marcada de vermelho (Pt), aumenta e empurra a coluna de água provocando a diferença de altura h observada Se o avião estiver em repouso, não haverá o ar empurrando a coluna dágua e consequentemente não haverá aquele h. Do outro lado a coluna dágua (ou de um líquido com densidade conhecida) é empurrada pela pressão estática, ou pressão ambiente, que é captada por aquela simples abertura adjacente ao fluxo de ar, na figura é chamada de porta de entrada para pressão estática (Po).

Lei de Venturi Os fluidos sob pressão, na passagem através de tubos convergentes; ganham velocidade e perdem pressão, ocorrendo o oposto em tubos divergentes.

Tubo de Venturi - Estreitamento da seção a fim de acelerar o fluido e diminuir sua pressão estática.

Um manômetro que contém um líquido de densidade ρl conecta a parte mais larga à parte mais estreita

Tubo de Venturi - O cálculo é baseado na equação de Bernoulli:

Placa de Orifício - Chapa metálica instalada a fim de obter a máxima pressão diferencial.

Placa de Orifício

Venturi X Orifício - Tubo de Venturi permite a medição de vazão em grandes tubulações, mínimo acúmulo de sedimentos. - Placa de Orifício é mais simples, mais barata, apresenta facilidade de troca, pequena dimensão.

Tipo Turbina - Movimento das palhetas é proporcional à vazão do fluido.

Tipo Turbina

Disco Nutante - Entrada do fluido se dá por cima do disco, provocando a nutação (movimento) do mesmo.

Disco Nutante - Esses medidores são muito baratos e bem precisos (2% a 1% do fundo de escala), mas a vazão mensurável está limitada a 10 l/s. Usados somente para líquidos.

Medidor Especial Medição de Vazão por Eletromagnetismo - O princípio de funcionamento é baseado na lei de Faraday: Quando um condutor se move dentro de um campo magnético, é produzida uma força eletromotriz (fem) proporcional à sua velocidade.

Medidor Especial Medição de Vazão por Eletromagnetismo - As medições por meios de instrumentos magnéticos são independentes de propriedades do fluido, tais como a densidade, a viscosidade, a pressão, a temperatura. - O única exigência é que o fluido a ser medido seja condutor de eletricidade.

Medidor Especial Vertedores - Medição de vazão em canais abertos. - A vazão é calculada medindo-se a altura da superfície de fluidos a montante.

Medidor Especial Vertedores - Utilizada nas medição de vazão em canais abertos. - A equação da vazão é dada pela fórmula: Q = 1,838. H³

Medidor Especial Vertedores - Quando o Vertedor não ocupa toda a largura do canal, aparecem contrações laterais, sendo assim necessário considerá-la para o cálculo da vazão: Q = 1,838. B 0,2. H. H³

Bibliografia PETROBRAS. Instrumentação Aplicada. Programa de Formação de Operadores de Produção e Refino de Petróleo e Gás. Rio de Janeiro, 2003. SENAI. Instrumentação Básica II: Vazão, Temperatura e Analítica. Programa de Certificação do Pessoal de Manutenção. Senai ES, 1999. Soisson, Harold. Instrumentação Industrial. Editora Hemus, 2002. Bega, Egídio. Instrumentação Industrial. 3ª Edição. Editora Interciência, 2011.