UNIVERSIDADE DE CAXIAS DO SUL

CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA

CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA-122G

TÉCNICAS DE MEDIÇÃO DE VAZÃO

Guilherme Pagatini

Prof.: Albano Luiz Weber

Caxias do Sul, 29 de Maio de 2012

INTRODUÇÃO

Medidor de vazão é todo dispositivo que permite, de forma indireta, determinar o volume de fluido que passa através de uma dada seção de escoamento por unidade de tempo. O princípio de funcionamento de um medidor de vazão pode ser baseado em um dos seguintes fundamentos:

- Pesagem; - Efeito da força de arrasto; - Equação da Energia.

Os três dispositivos mais usados para medir a vazão instantânea em tubos são a placa de orifício, o bocal e o venturi. Cada um destes medidores opera sob o mesmo princípio: uma diminuição na seção transversal do escoamento provoca um aumento na velocidade que é acompanhada por uma diminuição na pressão . Relacionando-se a diferença de pressão a montante e a jusante do medidor com a vazão pode-se obter curvas de calibração para os medidores. 2 – Fundamentos teóricos

a) Placa de orifício A placa de orifício consiste num disco com um orifício central com saída em ângulo que deve ser montado concêntrico ao eixo do conduto cilíndrico, provido de duas tomadas de pressão, uma a jusante e outra a montante do disco, conforme mostra a Figura 1.

Figura 1 – Placa de orifício

b) Medidor tipo venturi Consiste em um cone de entrada lisa com ângulo em torno de 20º, um cilindro de seção curta (comprimento igual ao diâmetro da seção estrangulada), e de um cone difusor de ângulo entre 5º e 7º, a fim de minimizar a perda de carga. Para uma operação satisfatória o equipamento deverá ser instalado a jusante de uma porção de tubo reta e uniforme, livre de conexões, desalinhamentos e outras causas de turbulência e tendo um comprimento de pelo menos 30D. O tubo venturi é um dispositivo composto por:

- 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 tubeira 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;

- uma tubeira divergente que, gradualmente, leva a seção circular da garganta de volta à medida do conduto, conforme mostrado na Figura 2.

Figura 2 – Tubo Venturi C) BOCAL É um medidor semelhante ao tubo Venturi, porém sem a tubeira divergente, sendo também chamado tubo Venturi curto. Seu equacionamento fornece resultados bastante próximos aos obtidos para o tubo Venturi

Figura 3 - Bocal

3. Seleção e Aplicação dos Medidores Quanto maior o número de opções, mais difícil é a escolha. A seleção do medidor de vazão é uma tarefa difícil e complexa, geralmente exigindo várias iterações para se chegar à melhor escolha. Para dificultar a escolha, a vazão é a variável do processo industrial que possui o maior número de diferentes elementos sensores e de medidores.

São disponíveis tabelas relacionando os tipos dos medidores e as suas aplicações ideais, aceitáveis e proibidas. Porém, tais tabelas não são completas e não consideram todas as exigências e aplicações. Às vezes, elas são apresentadas pelo suspeito fabricante de determinado medidor e relacionam imparcialmente as principais vantagens do medidor especifico. A seleção do medidor é algo tão complicado que não deve-se limitar a uma tabela bi-dimensional. A seleção do medidor é feita em dois passos: 1. identificar os que medidores que sejam tecnicamente capazes de fazer a medição de vazão e que sejam disponíveis em material adequado ao fluido manipulado; 2. selecionar a melhor escolha entre os disponíveis. Pode-se, fazer um check-list das características chave que o medidor deve ter. Esta lista serve para eliminar os medidores tecnicamente inadequados. Para verificar se o medidor de vazão atende às especificações especiais como vazão reversa, vazão pulsante, tempo de resposta, é necessário estudar as especificações de cada medidor em detalhe ou consultar os respectivos fabricantes Os parâmetros que devem ser considerados na escolha e na especificação do medidor de vazão são os seguintes: 1. Dados da vazão 2. Custo 3. Função do instrumento 4. Desempenho 5. Geometria 6. Instalação 7. Fluido manipulado 8. Perda de pressão permanente 4. Instrumentos utilizados

A medição de vazão em cursos d’água é realizada, normalmente, de forma indireta, a partir da medição de velocidade ou de nível. Os instrumentos mais comuns para medição de velocidade de água em rios são os molinetes, que são pequenos hélices que giram impulsionados pela passagem da água. Em situações de medições expeditas, ou de grande carência de recursos, as medições de velocidade podem ser feitas utilizando flutuadores, com esultados muito menos precisos.

4.1 Molinete

Os molinetes (Figura 4), são instrumentos projetados para girar em velocidades diferentes de acordo com a velocidade da água. A relação entre velocidade da água e velocidade de rotação do molinete é a equação do molinete. Esta equação é fornecida pelo fabricante do molinete, porém deve ser verificada periodicamente, porque pode ser alterada pelo desgaste das peças.

Figura 4 – Molinete utilizado para medição da velocidade da água

4.2 Equipamento Doppler Nos últimos anos as medições de velocidade de água com molinetes tem sido substituídas por medições de velocidade por efeito Doppler em ondas acústicas. Estes medidores funcionam emitindo pulsos acústicos (ultrasom) em uma freqüência conhecida, e recebendo de volta o eco do ultrasom, refletido nas partículas imersas na água A diferença das freqüências dos sons emitidos e refletidos é proporcional à velocidade relativa entre o barco e as partículas imersas na água. A suposição básica desse método é que as partículas dissolvidas na água se deslocam com a mesma velocidade do fluxo. Um sistema como o apresentado na Figura 5, com um emissor de ultrasom e três receptores, dispostos da maneira apresentada na figura, permite estimar a velocidade da água num volume de controle segundo três eixos, perpendiculares aos sensores. A partir destas componentes da velocidade no sistema de eixos do instrumento são calculadas as componentes transversal, longitudinal e vertical de velocidade na seção do rio. O medidor de velocidade pode ser utilizado com uma haste, como o ilutrado na Figura 5, quando se deseja conhecer a velocidade de um ponto específico, ou quando o curso d’água é pequeno.

Figura 5 – Equipamento por efeito Doppler