PROJETOS EM INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO
INSTRUMENTAÇÃO - VAZÃO
MEDIDORES DE VAZÃO
1. Medição por pressão diferencial
(elementos primários)
Placa de Orifício
Tubo Venturi
Bocal de Vazão
Orifício Integral
Tubo Pitot
Tubo Annubar
5. Medição através de vórtices
Medidor Vortex
6. Medidores Mássicos
Efeito Coriolis
Efeito Dispersão Térmica
7. Medição por Ultra-som
Efeito doppler
Por tempo de transito
2. Medição por área variável
Rotâmetro
8. Medição em canais abertos
Calha Parschall
Vertedores
3. Medição através de velocidade
Turbina
4. Medição por tensão induzida
Medidor Magnético
9. Medição por deslocamento positivo
Disco nutante
Pistão oscilante
Medidor rotativo
Eng. Marcelo Saraiva Coelho
PROJETOS EM INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO
INSTRUMENTAÇÃO - VAZÃO
CRITÉRIOS PARA ESCOLHA DE MEDIDORES DE VAZÃO
• Vazão Operacional
• Características do Fluido
• Características de Instalação
• Características de Operação
• Exatidão
• Rangeabilidade
• Facilidades de Comunicação
• Custo
• Facilidade de Instalação e Manutenção
• Confiabilidade
Eng. Marcelo Saraiva Coelho
1
PROJETOS EM INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO
INSTRUMENTAÇÃO - VAZÃO
CONCEITO DE VAZÃO
Vazão
Volumétrica é
a quantidade
de volume
de um fluido
que escoa
por um duto
em unidade
de tempo
considerada.
É a quantidade volumétrica ou gravimétrica de
um fluido que escoa por um duto em unidade
de tempo considerada.
V
Q=
t
ou
QM
M
=
t
Vazão Gravimétrica
é a quantidade de
massa de um fluido
que escoa por um
duto em unidade de
tempo considerada
Importância da Medição –
Aplicações
• No Balanço de Materiais
• Transferência de Custódia
• Sistemas de Envase
Eng. Marcelo Saraiva Coelho
PROJETOS EM INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO
INSTRUMENTAÇÃO - VAZÃO
Conversão de Unidades de Vazão Volumétrica
Eng. Marcelo Saraiva Coelho
2
PROJETOS EM INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO
INSTRUMENTAÇÃO - VAZÃO
Conversão de Unidades de Vazão Mássica
Eng. Marcelo Saraiva Coelho
PROJETOS EM INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO
INSTRUMENTAÇÃO - VAZÃO
MEDIÇÃO DE VAZÃO POR PRESSÃO
DIFERENCIAL
MEDIÇÃO DE VAZÃO POR
PRESSÃO DIFERENCIAL
A pressão diferencial é produzida por
vários tipos de elementos primários
colocados na tubulação de forma tal que
o fluído passa através deles. A sua
função é aumentar a velocidade do
fluído diminuindo a área da seção em um
pequeno comprimento para haver uma
queda de pressão. A vazão pode então,
ser medida a partir desta queda.
Eng. Marcelo Saraiva Coelho
3
PROJETOS EM INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO
INSTRUMENTAÇÃO - VAZÃO
MEDIÇÃO DE VAZÃO POR TUBO PITOT
É um dispositivo utilizado para
medição de vazão através da
velocidade detectada em um
determinado ponto de tubulação.
O tubo de Pitot é um tubo com
uma abertura em sua
extremidade, sendo esta,
colocada na direção da corrente
fluida de um duto, mas em
sentido contrário. A diferença
entre a pressão total e a
pressão estática da linha nos
fornecerá a pressão dinâmica a
qual é proporcional ao quadrado
da velocidade.
Eng. Marcelo Saraiva Coelho
PROJETOS EM INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO
INSTRUMENTAÇÃO - VAZÃO
MEDIÇÃO DE VAZÃO POR ANNUBAR
A barra sensora de pressão a jusante
possui um orifício que está posicionado no
centro do fluxo de modo a medir a pressão
do fluxo a jusante. A barra sensora de
pressão de montante possui vários orifícios,
estes orifícios estão localizados
criteriosamente ao longo da barra, de tal
forma que cada um detecta a pressão total
de um anel. Cada um destes anéis tem área
da seção transversal exatamente igual às
outras áreas anulares detectadas por cada
orifício.
Outra característica do elemento de fluxo
tipo Annubar é que quando bem projetado
tem capacidade para detectar todas as
vazões na tubulação a qual está instalado,
sendo a vazão total a média das vazões
detectadas.
Eng. Marcelo Saraiva Coelho
4
PROJETOS EM INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO
INSTRUMENTAÇÃO - VAZÃO
MEDIÇÃO DE VAZÃO POR VENTURI
CARACTERÍSTICAS
•Excelente recuperação de pressão.
•Resistente à abras
•Custo elevado.
•Manutenção e instalação incômoda.
•Produz menor ∆P que a placa de orifício
(considerando mesmo diâmetro, mesmo fluido
e mesma vazão).
APLICAÇÕES TÍPICAS:
•Controles de combustão (vazão de ar)
•Tratamento de água (tubulações de grande
diâmetro)
•Vazão de fluidos com sólidos em suspensão.
Eng. Marcelo Saraiva Coelho
PROJETOS EM INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO
INSTRUMENTAÇÃO - VAZÃO
MEDIÇÃO DE VAZÃO POR PRESSÃO DIFERENCIAL TIPO PLACA DE ORIFÍCIO
VANTAGENS
De todos os elementos primários inseridos em
uma tubulação para gerar uma pressão
diferencial e assim efetuar medição de vazão,
a placa de orifício é a mais simples, de menor
custo e portanto a mais empregada.
Consiste basicamente de uma chapa metálica,
perfurada de forma precisa e calculada, a qual
é instalada perpendicularmente ao eixo da
tubulação entre flanges. Sua espessura varia
em função do diâmetro da tubulação e da
pressão da linha, indo desde 1/16” a 1/4”.
Instalação fácil
Econômica
Construção simples
Manutenção e troca simples
DESVANTAGEM
Alta perda de carga irrecuperável
Eng. Marcelo Saraiva Coelho
5
PROJETOS EM INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO
INSTRUMENTAÇÃO - VAZÃO
MEDIÇÃO DE VAZÃO POR PRESSÃO DIFERENCIAL TIPO PLACA DE ORIFÍCIO
Orifício concêntrico
Vazão de líquidos, gases e vapor que não contenham sólidos em suspensão
Orifíco excêntrico
Vazão de fluído com sólidos em suspensão
Orifício segmental
Vazão de fluídos em regime laminar e com alta porcentagem de sólidos em
suspensão
Eng. Marcelo Saraiva Coelho
PROJETOS EM INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO
INSTRUMENTAÇÃO - VAZÃO
MEDIÇÃO DE VAZÃO POR PRESSÃO DIFERENCIAL TIPO PLACA DE ORIFÍCIO
Bordo Quadrado (Aresta viva)
ƒUsado em tubulações normalmente maiores que 6".
ƒNão usada em fluxo com baixos N° de RD.
Bordo Arredondado (Quadrante edge)
ƒUsado em fluídos altamente viscosos,
ƒOnde o N° de RD inferior está em torno de 250.
Bordo com entrada Cônica
ƒUsado para N° de RD inferior é 25
ƒEm condições severas de viscosidade.
Eng. Marcelo Saraiva Coelho
6
PROJETOS EM INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO
INSTRUMENTAÇÃO - VAZÃO
MEDIÇÃO DE VAZÃO POR PRESSÃO
DIFERENCIAL TIPO PLACA DE ORIFÍCIO
Tomadas de Flange
Tomadas D e D/2 (Radius Taps)
São as mais populares, os furos das
tomadas já são feitos no próprio
flange.
Usada em tubulações de 2" a 30"
com Reynolds entre 8000 e 400000
e para b entre 0,15 e 0,75.
Eng. Marcelo Saraiva Coelho
PROJETOS EM INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO
INSTRUMENTAÇÃO - VAZÃO
MEDIÇÃO DE VAZÃO POR PRESSÃO
DIFERENCIAL TIPO PLACA DE ORIFÍCIO
Tomadas Vena Contracta
Tomadas em canto (Corner Taps)
Utiliza flanges comuns, sendo o centro da
tomada de alta pressão entre 1/2 e 2D (em
geral 1D) e o centro da tomada de baixa
estará no ponto de pressão mínima,
dependendo do b.
São construídas no próprio flange e
seu uso principal é em tubulações
menores que 2", tendo como
desvantagem a grande possibilidade de
entupimento.
Eng. Marcelo Saraiva Coelho
7
PROJETOS EM INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO
INSTRUMENTAÇÃO - VAZÃO
MEDIÇÃO DE VAZÃO POR PRESSÃO
DIFERENCIAL TIPO PLACA DE ORIFÍCIO
Tomadas de Tubulação (Pipe Taps)
Tomadas em canto (Corner Taps)
Possue o menor diferencial de pressão
entre todas tomadas e perdem muita
precisão devido a rugosidade do tubo.
São construídas no próprio flange e
seu uso principal é em tubulações
menores que 2", tendo como
desvantagem a grande possibilidade de
entupimento.
Eng. Marcelo Saraiva Coelho
PROJETOS EM INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO
INSTRUMENTAÇÃO - VAZÃO
Fluido: Líquido
(ao nível da tubulação)
Eng. Marcelo Saraiva Coelho
8
PROJETOS EM INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO
INSTRUMENTAÇÃO - VAZÃO
Fluido: Líquido
(abaixo da tubulação)
Eng. Marcelo Saraiva Coelho
PROJETOS EM INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO
INSTRUMENTAÇÃO - VAZÃO
Fluido: Vapor
(abaixo da tubulação)
Eng. Marcelo Saraiva Coelho
9
PROJETOS EM INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO
INSTRUMENTAÇÃO - VAZÃO
Fluido: Gás
(acima da tubulação)
Eng. Marcelo Saraiva Coelho
PROJETOS EM INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO
INSTRUMENTAÇÃO - VAZÃO
MEDIÇÃO DE VAZÃO POR PRESSÃO DIFERENCIAL COM COMPENSAÇÃO
TRANSMISSORES
DE PRESSÃO,
TEMPERATURA E
VAZÃO
Compensação da Temperatura e Pressão
Onde:
Q: Vazão compensada.
Pa: Pressão estática absoluta do escoamento.
Q =K.
Pa . ∆P
Ta
Ta: Temperatura absoluta do escoamento (K) .
K: Características de operação do fluido, elemento primário e
instalação.
Eng. Marcelo Saraiva Coelho
10
PROJETOS EM INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO
INSTRUMENTAÇÃO - VAZÃO
Compensação da Temperatura e Pressão
Exemplo:
Qmax: 30 Kg/h
P(pressão à montante): 2,0 Kgf/cm2
Pressão diferencial: 200 mmH2O
Temperatura de operação: 30 ºC
Primeiro método:
a) Cálculo do K:
Pressão Absoluta: 2,0 Kgf/cm2 + 1,033 Kgf/cm2 = 3,033 Kgf/cm2
Temperatura Absoluta (K): 30 ºC + 273 = 303 K
Q máx
30
K=
K=
, assim K = 21,2027
Pa . ∆P
3,033 . 200
303
Ta
b) Vazão corrigida para nova condição de operação:
Nova pressão à montante: 2,8 Kgf/cm2
Nova temperatura de escoamento: 75º C
Pressão Absoluta:2,8+1,033=3,833 Kgf/cm2 Temperatura Absoluta: 75 ºC + 273 = 348 K
Q' = 21,2027 .
3,833 . 200
, então Q' = 31,469 Kg/h
348
Eng. Marcelo Saraiva Coelho
PROJETOS EM INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO
INSTRUMENTAÇÃO - VAZÃO
Compensação da Temperatura e Pressão
Exemplo:
Qmax: 30 Kg/h
P(pressão à montante): 2,0 Kgf/cm2
Pressão diferencial: 200 mmH2O
Temperatura de operação: 30 ºC
Segundo método:
Q2
=
Q1
Pa2 . Ta1
3,333 . 303
=
= 1,0489
Pa1 . Ta2
3,033 . 348
Q 2 = 30 Kg/h .1,0489 = 31,469 Kg/h
Eng. Marcelo Saraiva Coelho
11
PROJETOS EM INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO
INSTRUMENTAÇÃO - VAZÃO
Compensação da Temperatura e Pressão
Exercício:
•Qmax: 180 GPM
•P(pressão à montante): 35 PSI
• Pressão diferencial: 75"H2O
•Temperatura de operação: 28 ºC
Obs.: 1 atm = 14,7 PSI
Primeiro método:
a)Cálculo do K:
Pressão Absoluta: ____________
Temperatura Absoluta (K): ___________
K=.........................
b) Vazão corrigida para nova condição de operação:
Nova pressão à montante: 28 PSI
Nova temperatura de escoamento: 60 ºC
Pressão Absoluta: __________
Temperatura Absoluta: _______
Q´=__________
Eng. Marcelo Saraiva Coelho
PROJETOS EM INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO
INSTRUMENTAÇÃO - VAZÃO
Compensação da Temperatura e Pressão
Exercício:
•Qmax: 180 GPM
•P(pressão à montante): 35 PSI
• Pressão diferencial: 75"H2O
•Temperatura de operação: 28 ºC
Obs.: 1 atm = 14,7 PSI
Segundo método:
a) Vazão corrigida para nova condição de operação:
•Nova pressão
à montante: 28 PSI
•Nova temperatura
de escoamento: 60 ºC
•Pressão Absoluta: __________
•Temperatura Absoluta: _______
Eng. Marcelo Saraiva Coelho
12
PROJETOS EM INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO
INSTRUMENTAÇÃO - VAZÃO
MEDIÇÃO DE VAZÃO POR PRESSÃO DIFERENCIAL COM COMPENSAÇÃO
SDCD
Três entradas
analógicas
Painel Rearranjo
Três pares de cabos
I/O SDCD
Programação
T
P
Caixa de Junção
DP
TRANSMISSORES
DE PRESSÃO,
TEMPERATURA E
VAZÃO
Eng. Marcelo Saraiva Coelho
PROJETOS EM INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO
INSTRUMENTAÇÃO - VAZÃO
MEDIÇÃO DE VAZÃO POR PRESSÃO DIFERENCIAL COM COMPENSAÇÃO
SDCD
4-20 mA
HART TriLoop
DP
P
T
QM
HART +
Painel de Rearranjo
4-20 mA
I/O SDCD
TRANSMISSOR DE
VAZÃO
MULTIVARIÁVEL
Par Simples
Caixa de Junção
Eng. Marcelo Saraiva Coelho
13
PROJETOS EM INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO
INSTRUMENTAÇÃO - VAZÃO
Método Tradicional
Tecnologia Multivariável
Melhor
Performance
Eng. Marcelo Saraiva Coelho
PROJETOS EM INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO
INSTRUMENTAÇÃO – VAZÃO - ROTÂMETRO
MEDIÇÃO DE VAZÃO TIPO ROTÂMETRO
Rotâmetro são medidores de vazão
por área variável nos quais um
flutuador varia sua posição dentro de
um tubo cônico, proporcionalmente à
vazão do fluido.
Basicamente um rotâmetro consiste
de duas partes:
1) Um tubo de vidro de formato
cônico que é colocado verticalmente
na tubulação, em que passará o fluido
a ser medido e cuja extremidade
maior fica voltada para cima.
2) No interior do tubo cônico, um
flutuador que se moverá
verticalmente, em função da vazão
medida.
Eng. Marcelo Saraiva Coelho
14
PROJETOS EM INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO
INSTRUMENTAÇÃO – VAZÃO - ROTÂMETRO
Condição de Equilíbrio:
W = Fa + E
onde:
W = Peso do flutuador
Fa = Força de arraste do fluido
E = Empuxo exercido pelo fluido
W = VF . γF
E = VF . γf
Fa = Cd . γf . AF .
Substituindo os termos na expressão inicial e isolando a velocidade, temos:
v =
2g . VF . (γ F − γ f )
Cd . γ f . AF
Eng. Marcelo Saraiva Coelho
PROJETOS EM INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO
INSTRUMENTAÇÃO – VAZÃO - ROTÂMETRO
Esférico
• Pouca precisão e para baixas vazões
• Sofre forte influência da viscosidade do fluido
Flutuadores
Cilïndrico com Bordo Plano
• Para vazões m édias e elevadas
• Sofre influência m édia da viscosidade do fluido
Cilïndrico com Bordo Saliente de Face Inclinada para o Fluxo
• Para vazões m édias e elevadas
• Sofre pouca influência da viscosidade
Cilïndrico com Bordo Saliente de Face contra o Fluxo
• Para vazões m édias e elevadas
• Sofre m ínim a influência da viscosidade
Eng. Marcelo Saraiva Coelho
15
PROJETOS EM INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO
INSTRUMENTAÇÃO – VAZÃO - ROTÂMETRO
Características Gerais
Características Gerais
Fluidos
Precisão
Gases, Líquidos e Vapor de viscosidade
média a baixa.
Depende do tamanho do rotâmetro e do tipo
de flutuador.
Pode variar entre ± 0,5 à 10% da escala.
Vazão
• Líquidos: 0,01 cm3/min à 15 m3/min
• Gases: 0,3 cm3/min à 400 m3/min
Diâmetro da Linha
Custo
Relativamente baixo
Pressão Máxima de Operação
· 25 Kgf/cm2 (tubo de vidro)
· 50 Kgf/cm2 (tubos metálicos)
¼ à 6” (6 à 150 mm)
Eng. Marcelo Saraiva Coelho
PROJETOS EM INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO
INSTRUMENTAÇÃO – VAZÃO - ROTÂMETRO
Temperatura Máxima de Operação
• 200 ºC (tubo de vidro)
• 500 ºC (tubos metálicos)
Material do Flutuador
Deve ser compatível com as
características de corrosão e abrasão
do fluido, sendo o Inox 316 e o PVC os
mais utilizados.
Material do Tubo
• Borosilicato Temperado
(transparentes)
• Inox ou Ferro fundido (blindados)
Instalação
Vertical, sem
necessidade de
trecho reto.
Conexões
Flange e Rosca
Acessórios
Contatos Magnéticos
Eng. Marcelo Saraiva Coelho
16
PROJETOS EM INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO
INSTRUMENTAÇÃO – VAZÃO - ROTÂMETRO
Perda de Carga no Rotâmetro
Influência da Viscosidade
É constante ao longo de todo o curso
do flutuador e depende do peso
específico do fluido e das
características do flutuador (peso,
volume e área maior).
Dependerá da forma do flutuador
e da área de passagem.
Recalibração da Escala
É possível, conhecendo-se o peso
específico do flutuador, peso específico
do fluido e temperatura de
escoamento.
Principal Vantagem
Indicação local, direta e linear
Principal Desvantagem
É a pior alternativa para transmissão e
controle.
Eng. Marcelo Saraiva Coelho
PROJETOS EM INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO
INSTRUMENTAÇÃO – VAZÃO - ROTÂMETRO
MEDIÇÃO DE VAZÃO TIPO ROTÂMETRO
Eng. Marcelo Saraiva Coelho
17
PROJETOS EM INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO
INSTRUMENTAÇÃO - VAZÃO
MEDIÇÃO DE
VAZÃO TIPO
DISCO DE
NUTAÇÃO
MEDIÇÃO DE VAZÃO
TIPO LÓBULOS
Este tipo de medidor é utilizado
principalmente para medidores de
vazão de água, sendo utilizado
principalmente em resistências. O
líquido entra no medidor através da
conexão de entrada, passa por um
filtro indo ao topo da carcaça
principal. O fluido então se
movimenta para baixo, através da
câmara de medição, indo até a base
do medidor e daí a conexão da saída
do medidor
Eng.
Os rotores lobulares são os mais utilizados para medições
de vazões de gases. Estes dispositivos possuem dois rotores
com movimentos opostos com a posição relativamente fixa
internamente, a uma estrutura cilíndrica.
A câmara de medição é formada pela parede do cilindro e a
superfície da metade do rotor. Estando o rotor na posição
vertical em determinado volume de gás ficará retido no
compartimento de medição. Como o rotor gira devido a
pequena diferença de pressão entre a entrada e saída, o
volume medido do gás é descarregado na base do medidor.
Esta ação sucede-se 4 vezes em uma movimentação
completa com os rotores em deslocamentos opostos e a uma
velocidade proporcional ao volume do gás deslocado.
Marcelo Saraiva Coelho
PROJETOS EM INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO
INSTRUMENTAÇÃO - VAZÃO
MEDIÇÃO DE VAZÃO POR TURBINA
A passagem do fluido moverá as aletas
do rotor girando-o. 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 a bobina.
Verifica-se então a indução de um ciclo
de tensão alternada. A frequência dos
pulsos gerados desta maneira é
proporcional á velocidade do fluido.
A vazão pode ser determinada então pela
totalização dos pulsos gerados.
Eng. Marcelo Saraiva Coelho
18
PROJETOS EM INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO
INSTRUMENTAÇÃO – VAZÃO - TURBINA
MEDIÇÃO DE VAZÃO POR TURBINA
Bobina
Sensora
Fator “K”
É o coeficiente de vazão de cada Turbina e
relaciona o número de pulsos gerados por
unidade de volume.
Corpo do
medidor
 pulso 
K 
=
 volume 
 pulso 
frequencia 

 seg 
 volume 
Vazão 

 tempo 
Rotor
Eng. Marcelo Saraiva Coelho
PROJETOS EM INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO
INSTRUMENTAÇÃO - VAZÃO
MEDIÇÃO DE VAZÃO TIPO TURBINA
CARACTERÍSTICAS:
DESVANTAGENS:
•Utilizado para fluidos limpos em geral
•Desgaste das pás
•Precisão de 0,1 à 3%
•Travamento do rotor
•Escala linear
•Inércia para baixas vazões
•Excelente repetibilidade
•Diâmetro “D” limitado
•Pressão de operação máxima: 200 kgf/cm2
•Não é utilizado para baixo nº de
Reynolds
•Faixa de temperatura: - 200 à 250 ºC
•Range de vazão: 4 l/min à 150 m3/min
•Diâmetros de Tubulação: ¼” à 30” (760 mm)
•Trecho reto necessário: 10D (à montante) e 5D (à
jusante)
•Acessório: Necessita de medidor (transmissor)
•Custo médio (considerando o conjunto e o diâmetro da
linha)
•Pode ser utilizado em vazão bidirecional (altera “k”)
Eng. Marcelo Saraiva Coelho
19
PROJETOS EM INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO
INSTRUMENTAÇÃO - VAZÃO
MEDIÇÃO DE VAZÃO TIPO TURBINA
Influência da Viscosidade
Numa turbina ideal o valor de
“K” seria uma constante
independente da viscosidade
do fluido medido, porém, à
medida que a viscosidade
aumenta , o fator K passa a
ser uma função da
viscosidade.
Eng. Marcelo Saraiva Coelho
PROJETOS EM INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO
INSTRUMENTAÇÃO - VAZÃO
MEDIÇÃO DE VAZÃO TIPO ELETROMAGNÉTICO.
Princípio: Lei de Faraday
E = dvB (1)
“Quando
um condutor se move
2v/4 (2)
Qcom
= πdvelocidade
perpendicular a um
E
campo magnético é induzida uma
diferença de potencial”
(1) em (2)
B
Q = πdE/4B E = B . L . v
d
E
v
onde:
e = tensão gerada (volts)
= Q.
πd
B =4B/
densidade
de fluxo
Constante
magnético (wb/m2)
L = distância dos eletrodos (m)
E =v Q
.K
= velocidade
(m/s)
Principio de funcionamento
Eng. Marcelo Saraiva Coelho
20
PROJETOS EM INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO
INSTRUMENTAÇÃO - VAZÃO
MEDIÇÃO DE VAZÃO TIPO ELETROMAGNÉTICO.
Eng. Marcelo Saraiva Coelho
PROJETOS EM INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO
INSTRUMENTAÇÃO - VAZÃO
MEDIÇÃO DE VAZÃO TIPO
ELETROMAGNÉTICO.
O medidor de vazão eletromagnético
utiliza um campo magnético com forma
de onda quadrada em baixa freqüência,
e lê o sinal de vazão quando o fluxo
magnético está completamente
saturado fazendo com que não ocorra
influência no sinal devido a flutuações
de corrente.
Todos os detectores são ajustados de
maneira que a relação da tensão
induzida (E) pela densidade de fluxo
magnético (B) seja mantida em um
valor proporcional, somente à
velocidade média do fluxo,
independente do diâmetro, alimentação
e freqüência.
Eng. Marcelo Saraiva Coelho
21
PROJETOS EM INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO
INSTRUMENTAÇÃO - VAZÃO
MEDIÇÃO DE VAZÃO TIPO ELETROMAGNÉTICO
Características:
•Tipo de Fluido: Líquidos com condutividade acima de 1mS/cm (água limpa, ácidos, polpa, lamas)
·Precisão: 0,5 à 1%
·D: 3 a 1200 mm
·Vazão Bidirecional (sempre com a linha cheia)
·Custo: Economicamente viável
·Manutenção: Limpeza e inspeção dos eletrodos
·Pressão Máxima: 350 bar
·Temperatura Máxima: 150 ºC (isolação das bobinas e revestimento)
·Acessórios/Material: Revestimento e Eletrodo (de acordo com o fluido)
·Instalação:
- Trecho Reto: 5 à 10D à montante e 5D à jusante,
- Aterramento do fluido em tubulações não metálicas
·Vantagens:
- Não oferece perda de carga.
- Não sofre influencia da densidade e viscosidade.
- É a melhor opção para os fluidos citados.
·Desvantagens:
- Não mede vazão de gases
- Não mede vazão de fluidos isolantes, lubrificantes e hidrocarbonetos,
Eng. Marcelo Saraiva Coelho
PROJETOS EM INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO
INSTRUMENTAÇÃO - VAZÃO
MEDIÇÃO DE VAZÃO TIPO ELETROMAGNÉTICO
.
Observações:
1 - É de suma importância que a parede interna da tubulação não
conduza eletricidade e que a parte do tubo ocupada pelo volume
definido pelas bobinas não provoque distorções no campo magnético.
2 - As medições por meio de instrumentos magnéticos são
independentes de propriedades do fluido, tais como a densidade, a
viscosidade, a pressão, a temperatura ou mesmo o teor de sólidos.
Tubo Flangeado
(conversor integral))
3 - Que o fluxo a ser medido seja condutor de eletricidade.
Eng. Marcelo Saraiva Coelho
22
PROJETOS EM INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO
INSTRUMENTAÇÃO - VAZÃO
MEDIÇÃO DE VAZÃO TIPO ELETROMAGNÉTICO
ATERRAMENTO
Eng. Marcelo Saraiva Coelho
PROJETOS EM INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO
INSTRUMENTAÇÃO - VAZÃO
MEDIÇÃO DE VAZÃO TIPO VORTEX
O efeito vortex pode ser observado no
vibrar de fios ou cordas ao vento, ou
ainda em uma bandeira que tremula. Os
vortex gerados repetem-se num tempo
inversamente proporcional à vazão.
Nas aplicações industriais pode-se medir
a vazão de gases, líquidos incorporando
ao obstáculo reto sensores que
percebam as ondas dos vortex e gerem
um sinal em freqüência proporcional à
vazão.
Eng. Marcelo Saraiva Coelho
23
PROJETOS EM INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO
INSTRUMENTAÇÃO - VAZÃO
MEDIÇÃO DE VAZÃO TIPO VORTEX
Eng. Marcelo Saraiva Coelho
PROJETOS EM INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO
INSTRUMENTAÇÃO - VAZÃO
MEDIÇÃO DE VAZÃO TIPO VORTEX
Método de detecção dos vórtices
As duas maiores questões referentes ao
desenvolvimento prático de um medidor de vórtices
são:
a) Criação de um obstáculo gerador de vórtices
(vortex shedder) que possa gerar vórtices regulares e
de parâmetros totalmente estabilizados
determinando a precisão do medidor.
b) Projeto de um sensor e respectivo sistema
eletrônico para detectar e medir a freqüência dos
vórtices determinando os limites para as condições de
operação do medidor.
Um shedder com formato trapezoidal foi o que obteve
um desempenho considerado ótimo. O corte
trapezoidal proporciona excelente linearidade na
freqüência de geração dos vórtices, além de extrema
estabilidade dos parâmetros envolvidos.
Eng. Marcelo Saraiva Coelho
24
PROJETOS EM INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO
INSTRUMENTAÇÃO - VAZÃO
Características:
MEDIÇÃO DE VAZÃO TIPO VORTEX
•Tipo de Fluido: Líquidos e gases não incrustantes e
não erosivos, vapor limpo.
•Precisão: 1%
•Vantagens:
•D: 12 a 300 mm
- Baixa perda de carga.
- Configuração manutenção simples
-Não sofre influencia da densidade e
viscosidade em larga faixa
•Vazão Unidirecional (*)
•Custo: Equivalente ao conjunto Placa de Orificio e
transmissor
•Perda de Carga: Inferior à Placa de Orifício
(mesma vazão)
•Desvantagens:
•Limites de Rd: 10.000 à 7.000.000
- Sofre influência de vórtices provocados
por vibração da linha.
•Instalação:
- Sofre influência de vórtices
provocados por imperfeições da linha.
- De tal forma que evite bolhas.
- O fluido deve preencher totalmente a linha.
-Trecho reto curto (4D e 2D) para tubos polidos.
Eng. Marcelo Saraiva Coelho
PROJETOS EM INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO
INSTRUMENTAÇÃO - VAZÃO
MEDIÇÃO DE VAZÃO TIPO VORTEX
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INSTRUMENTAÇÃO - VAZÃO
MEDIÇÃO DE VAZÃO POR EFEITO CORIOLIS.
Este medidor de vazão utiliza um fenômeno físico que
envolve a inércia e a aceleração centrípeta.
A vazão de uma tubulação é dividida em duas
por dois tubos paralelos que possuem forma de “U” , e ao
fim destes tubos a vazão volta a ser conduzida por um
único tubo.
Próximo da parte inferior de cada “U“ existem
eletroimãs que fazem os dois tubos oscilarem em suas
frequências naturais de vibração e cuja a amplitude não
ultrapassa alguns milímetros. Com o passar de fluido pelos
tubos, em função desta oscilação, surge uma torção nos
tubos cuja defasagem permite a medição da vazão
mássica. Esta defasagem é medida por sensores
magnéticos instalados nas partes retas dos tubos em “U”.
Eng. Marcelo Saraiva Coelho
PROJETOS EM INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO
INSTRUMENTAÇÃO - VAZÃO
MEDIÇÃO DE VAZÃO POR EFEITO CORIOLIS.
Efeito Corilolis (Gaspard Coriolis)
Uma massa deslocando-se a uma velocidade em relação a um sistema rotacional é
submetida a uma força conhecida como força de Corilolis.
Fc = 2M . [w x v ]
Onde:
Fc = Força de Coriolis
M = Massa
w = Velocidade angular (rotação)
v = Velocidade
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INSTRUMENTAÇÃO - VAZÃO
MEDIÇÃO DE VAZÃO POR EFEITO CORIOLIS.
MEDIÇÃO POR CORIOLIS
SEM VAZÃO NO TUBO
MEDIÇÃO POR CORIOLIS
COM VAZÃO NO TUBO
Eng. Marcelo Saraiva Coelho
PROJETOS EM INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO
INSTRUMENTAÇÃO - VAZÃO
MEDIÇÃO POR CORIOLIS
SINAL GERADO PELOS SENSORES SEM FLUXO
NOS TUBOS
Eng. Marcelo Saraiva Coelho
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PROJETOS EM INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO
INSTRUMENTAÇÃO - VAZÃO
MEDIÇÃO POR CORIOLIS
SINAL GERADO PELOS SENSORES
SEM FLUXO NOS TUBOS
Eng. Marcelo Saraiva Coelho
PROJETOS EM INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO
INSTRUMENTAÇÃO - VAZÃO
MEDIÇÃO POR CORIOLIS
SINAL GERADO PELOS SENSORES COM FLUXO NO TUBO
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PROJETOS EM INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO
INSTRUMENTAÇÃO - VAZÃO
MEDIÇÃO DE VAZÃO POR EFEITO CORIOLIS.
Eng. Marcelo Saraiva Coelho
PROJETOS EM INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO
INSTRUMENTAÇÃO - VAZÃO
MEDIÇÃO DE VAZÃO POR ULTRASSOM
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INSTRUMENTAÇÃO - VAZÃO
MEDIÇÃO DE VAZÃO POR ULTRASSOM
Eng. Marcelo Saraiva Coelho
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INSTRUMENTAÇÃO - VAZÃO
MEDIÇÃO DE VAZÃO POR ULTRASSOM
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