PROCAD
UFPB/UFBA/UFMA/UFPA
Introdução a Instrumentação Biomédica
TRANSDUTORES DE FLUXO
MEDIÇÃO DE FLUXO
ÍNDICE
1- FLUXO
Tipos, Número de Reynolds,
Densidade, Viscosidade
2- TRANSDUTORES DE FLUXO
Pressão Diferencial
- Obstrução
- Tubo Pitot
Área Variável
- Rotâmetro
Velocidade
- Turbina
Deslocamento Positivo - Rotor
MEDIÇÃO DE FLUXO
Vórtices
Tensão Induzida
Temperatura
Ultra-som
Velocímetro Laser
ÍNDICE
- Vortex
- Eletromagnético
- Fio Quente
- Efeito Doppler
- Efeito Doppler
TRANSDUTORES DE FLUXO
São sensores para medição de vazão.
Q (m3/s) = V (m/s) . A (m2)
TRANSDUTORES DE FLUXO
Dispositivos desenvolvidos para determinar
a medição de fluxo utilizando outras
variáveis relacionadas fisicamente com a
vazão, como:
Velocidade de escoamento do fluido
líquido (água, sangue) ou gasoso (ar,
oxigênio).
Diferença de pressão
Variação de energia
FLUXO
LAMINAR – quando o fluido se move
através de condutos uniformes (tubos
retos com pouco atrito interno) a
velocidades muito baixas, o movimento
das partículas individuais é formado
por linhas paralelas às paredes do
conduto.
LAMINAR
FLUXOS
NÃO UNIFORME
TURBULENTO
FLUXO
TURBULENTO – quando o aumento do
fluxo faz o movimento das partículas
tornar-se mais aleatório e irregular,
caracterizado por vórtices locais e um
grande aumento na resistência ao
escoamento.
FLUXO
REYNOLDS - Número adimensional que
determina o regime de escoamento do
fluido.
NR =  D Vm / 
  densidade do fluido
D  diâmetro interno do tubo
Vm  velocidade média de escoamento
  coeficiente de viscosidade
FLUXO
DENSIDADE – É o número de vezes que
o fluido é mais pesado que igual volume
de água.
Ex: O sangue é mais viscoso e mais
denso que a água.
FLUXO
VISCOSIDADE – É a resistência do
movimento fluido ao escoamento. As
forças de atrito do próprio fluido
impedem as diferentes camadas de
escorregar entre si.
NOS LÍQUIDOS – é inversamente
proporcional à temperatura e diretamente
proporcional à pressão.
NOS GASES - é diretamente proporcional
à temperatura e à pressão.
FLUXO
VELOCIDADE MÉDIA – É a velocidade uniforme
que produziria a mesma vazão em toda a seção
reta do tubo.
Experimentalmente o escoamento é:
LAMINAR se NR < 2 000
TURBULENTO se NR > 3 000
INSTÁVEL se 2 000 < NR < 3 000
MEDIDORES DE
PRESSÃO DIFERENCIAL
Utilizam sensores de pressão para encontrar uma
diferença de pressão que determine a
velocidade do fluido.
- Medidores de Obstrução
- Tubos de Pitot
MEDIDORES DE OBSTRUÇÃO
É um obstáculo colocado na passagem do
fluido, causando aumento de velocidade do
fluido com uma conseqüente redução da
pressão.
EQUAÇÃO DE BERNOULLI - A soma da
energia estática (pressão), energia cinética
(velocidade) e energia potencial (elevação)
se conserva para um fluido passando por
uma obstrução.
EQUAÇÃO DE BERNOULLI
p1/ + V12/2g + z1 = constante
p = pressão
 = viscosidade
V = velocidade
g = aceleração da gravidade
z = elevação
MEDIDORES DE
OBSTRUÇÃO
TUBO DE VENTURI
BOCAL DE FLUXO
PLACA DE ORIFÍCIO
MEDIDORES DE OBSTRUÇÃO
T. VENTURI - pequena perda de pressão (mais
eficiente), alta exatidão, resistência à abrasão,
comprimento maior (difícil instalação), alto custo
BOCAL DE FLUXO – média perda de pressão, alta
exatidão, custo médio, resistência à abrasão,
comprimento menor
PLACA DE ORIFÍCIO – grande perda da ordem de 30
a 40% da pressão diferencial, menor exatidão,
mais abrasivo, comprimento menor (melhor
instalação), baixo custo
MEDIDORES DE OBSTRUÇÃO
DIAFRAGMA - sensor de de fluxo de ar, projetado
para ar filtrado a seco em ambientes médicos e
instrumentos analíticos, combina características
operacionais de confiabilidade e exatidão.
Sensor Honeywell
MEDIDORES DE OBSTRUÇÃO
Aplicações médicas típicas incluem respiradores,
ventiladores, concentradores de oxigênio,
conservadores, monitores de apnéia,
nebulizadores, equipamento de CPAP (pressão de
ar positiva e contínua), autoclaves. Compatível
com grande variedade de gases anestésicos.
Fluxômetro
SpiroMaster
MEDIDORES DE
PRESSÃO DIFERENCIAL
TUBO DE PITOT
MEDIDORES DE
PRESSÃO DIFERENCIAL
TUBO DE PITOT
Precisa ser bem
centralizado no
conduto
MEDIDORES DE
PRESSÃO DIFERENCIAL
TUBO DE VENTURI
MEDIDORES DE
PRESSÃO DIFERENCIAL
TUBO DE VENTURI
TUBO DE VENTURI
TUBO DE VENTURI
MEDIDORES DE
PRESSÃO DIFERENCIAL
TUBO DE VENTURI
MEDIDOR DE ÁREA VARIÁVEL
ROTÂMETRO
É constituído por um
tubo transparente
com escala onde um
flutuador (bóia) se
move livremente.
O flutuador é mais
pesado do que o
fluido que o desloca.
MEDIDOR DE ÁREA VARIÁVEL
ROTÂMETRO
O equilíbrio é atingido
quando a diferença
de pressão e o
empuxo compensam
a força gravitacional.
A posição do flutuador
indica a taxa de
fluxo.
MEDIDOR DE ÁREA VARIÁVEL
ROTÂMETRO
MEDIDOR DE ÁREA VARIÁVEL
ROTÂMETRO
MEDIDOR DE ÁREA VARIÁVEL
ROTÂMETRO
VANTAGENS
Escala uniforme de fluxo
Através da troca do flutuador é possível
mudar a capacidade de fluxo
Boa aceitação de fluidos corrosivos
Verificação visual da condição do fluxo
MEDIDOR DE ÁREA VARIÁVEL
ROTÂMETRO
DESVANTAGENS
Só pode ser instalado na posição vertical
Em caso de fluido opaco, o flutuador não
se torna visível
Não podem ser usados em líquidos que
carregam grandes percentuais de sólidos
em suspensão
Custo é alto para fluidos com altas
temperaturas
MEDIDOR DE ÁREA VARIÁVEL
Respirador
Eletrônico
Newport
Breeze
E-150
MEDIDOR DE TURBINA
O número de voltas das lâminas
da turbina por unidade de
tempo é proporcional ao fluxo.
MEDIDOR DE TURBINA
Um ímã permanente é encaixado no corpo do
rotor, cada vez que uma lâmina da turbina
passa pelo pólo do sensor, a redução da
relutância altera a permeabilidade do circuito
magnético produzindo um pulso de tensão
no terminal de saída.
A freqüência deste pulso é proporcional à
velocidade de escoamento do fluido.
MEDIDOR
DE TURBINA
Erro de cerca de 0,5%
Tamanhos disponíveis de
1/8 a 8 polegadas
(cerca de 3 mm a 20
cm).
Boa resposta a
transientes de fluxo,
constantes de tempo
da ordem de 2 a 12 ms
MEDIDOR DE TURBINA
Exatidão reduzida
à taxas baixas de
fluxo.
MEDIDOR DE DESLOCAMENTO
POSITIVO
A passagem do fluido causa giros do rotor
registrados em
um contador
de giros.
MEDIDOR DE DESLOCAMENTO
POSITIVO
MEDIDOR DE DESLOCAMENTO
POSITIVO
MEDIDOR DE VÓRTICES
Contém obstrução
não-aerodinâmica
perpendicular à
direção do fluxo
gerando vórtices
ou áreas bem
localizadas de
baixa pressão e
instabilidade.
MEDIDOR DE VÓRTICES
A freqüência com que os vórtices são
criados é proporcional à velocidade do
fluxo.
MEDIDOR DE VÓRTICES
MEDIDOR DE VÓRTICES
MEDIDOR ELETROMAGNÉTICO
Baseado na Lei de Indução de Faraday
e=Blv
e  tensão induzida (V)
B  densidade de fluxo magnético
(Gauss)
l  comprimento do condutor (cm)
v  velocidade do condutor (cm/s)
MEDIDOR ELETROMAGNÉTICO
Com passagem de um fluido
ligeiramente condutivo através de um
campo eletromagnético (B), é gerada
uma força eletromotriz (e) medida por
eletrodos posicionados nas paredes do
tubo.
MEDIDOR ELETROMAGNÉTICO
MEDIDOR ELETROMAGNÉTICO
MEDIDOR ELETROMAGNÉTICO
O conduto deve ser de vidro ou de algum
material não condutor. Os eletrodos na
superfície interna do conduto fazem
contato direto com o fluido.
A tensão de saída é muito baixa, e um
campo magnético alternado é usado para
amplificar e eliminar problemas de
polarização. Um circuito especial é
necessário para separar a saída relativa
ao fluxo de outros sinais.
MEDIDOR ELETROMAGNÉTICO
MEDIDOR ELETROMAGNÉTICO
MEDIDOR TÉRMICO
MEDIDOR TÉRMICO
ANEMÔMETRO DE FIO QUENTE
Fio fino e curto esticado entre dois suportes
MEDIDOR TÉRMICO
ANEMÔMETRO DE FIO QUENTE
Método da corrente constante - uma corrente
elétrica constante passa através do fio
sensor. A variação do fluxo implica na troca
da temperatura no fio, modificando sua
resistência.
Método da temperatura constante - um servo
sistema mantém a resistência do fio
constante e conseqüentemente sua
temperatura. Uma mudança no fluxo resulta
na mudança na corrente elétrica.
MEDIDOR TÉRMICO
MEDIDOR TÉRMICO
VARIAÇÃO DO FLUXO DO FLUIDO
Quando o fluxo varia durante o tempo, a
resposta do elemento fica atrasada devido à
capacidade do fio de armazenar calor.
No Método da Corrente Constante a
compensação deste atraso é feita por uma
rede passiva de indutores e resistores ou de
capacitores e resistores, ou através do uso
de um transformador.
MEDIDOR TÉRMICO
VARIAÇÃO DO FLUXO DO FLUIDO
No Método de Temperatura Constante a
compensação é feita pelo próprio sistema
básico.
MEDIDOR TÉRMICO
VARIAÇÃO DO FLUXO DO FLUIDO
O elemento sensor está incorporado numa
ponte de Wheatstone, cujo
desbalanceamento é empregado como
medida de corrente para manter a
temperatura do fio.
O próprio sistema provê proteção contra a
queima do fio.
Aplicação na área médica: medidas de fluxo
de sangue, ar.
MEDIDOR TÉRMICO
Anemômetro de fio quente na PUC-MG com
filamento de tungstênio de 4 mícrons de diâmetro.
MEDIDOR ULTRASÔNICO
Sistema baseado no tempo de propagação
de ondas acústicas
MEDIDOR ULTRASÔNICO
Sistema Doppler de onda contínua
MEDIDOR ULTRASÔNICO
Sistema Doppler pulsátil
MEDIDOR LASER
Efeito Doppler causado em um feixe Laser ao
ser refletido por partículas em movimento
MEDIDOR LASER
Os dois feixes do laser, em sua interferência
no ponto de medida, geram as franjas de
Fresnell que distam entre si de "e". Medindo
o tempo "T" que uma partícula de fluido
percorre essa distância “e”, encontra-se a
velocidade "v" do fluxo.
v=e/T=e.f
Onde f é a freqüência da onda luminosa a ser
captada e medida pelo receptor.
MEDIDOR LASER
TABELA COMPARATIVA
TABELA COMPARATIVA
BIBLIOGRAFIA
Mechanical Measurements – T.G.Beckwith,
N.L.Buck. Addison-Wesley Publishing Co
www.if.ufrj.br/teaching/fis2/hidrodinamica
www.lubrivila.com.br/duvitext.htm
www.ufsm.br/gef/VisLiq.htm
www4.prossiga.br/lopes/prodcien/fisicanaescola
BIBLIOGRAFIA
www.emc.ufsc.br/labtermo/Vperda1.jpg
www.senaiformadores.com.br/Cursos/01
www.foxboro.com
www.koboldusa.com
www.ce.utexas.edu/prof/KINNAS/319LAB
http://www.honeywell.com/.