Medidores de Vazão

MEDIDORES DE VAZÃO

C. A. R. ROCHA1, F. O. LIMA1 e J.S. NETO1 

1 Universidade Federal do Maranhão, Centro de Ciências Exatas e Tecnologia

E-mail para contato: [e-mail]

RESUMO – Neste experimento estudaram-se medidores de vazão: Venturi de Placa de Orifício. Tais equipamentos são aplicáveis na mecânica dos fluidos na determinação da variável a qual eles medem e baseiam-se no princípio de aceleração da corrente fluida através da redução da área da seção transversal. O objetivo foi observar os fenômenos envolvidos no uso de medidores de vazão e determinar o coeficiente de descarga que é um fator empírico e apresenta valor sempre menor que 1. O ensaio foi realizado por meio da medição de duas variáveis: a vazão que foi lida no rotâmetro e a perda de carga que foi medida através das diferenças de altura das colunas de líquido nos tubos piezométricos. Com os dados medidos experimentalmente, foi possível calcular o coeficiente de descarga. Obteve-se o coeficiente de descarga para cada medidor e, após, gerou-se uma curva que relaciona aquele com o Número de Reynolds. Para o coeficiente do Venturi encontrou-se 0.8, onde se espera um resultado na faixa de 0.9 e, no caso da Placa de Orifício, se obteve 0.72 onde se espera um resultado na faixa de 0.61. Pode-se depreender então que alguns erros influenciaram nos dados calculados. Dessa forma, foi possível calcular os parâmetros dos medidores de vazão, analisar as possíveis falhas experimentais e sua contribuição nos erros inclusos no ensaio.

1. INTRODUÇÃO

Uma área de grande aplicação da mecânica dos fluidos é a determinação da vazão em fluidos, portanto, inúmeros dispositivos foram desenvolvidos com esta função. Medidores de vazão variam em seu nível de sofisticação, tamanho, custo, precisão, versatilidade, capacidade, queda de pressão e o princípio de funcionamento.

Grande parte dos medidores de vazão para escoamentos internos baseia-se no mesmo princípio: a aceleração de uma corrente fluida por meio de uma redução da área de seção transversal, o que causa uma variação na velocidade e consequente variação de pressão antes e após a constrição do meio de escoamento (FOX, 2000).

A placa de orifício (Figura 1) consiste em uma placa fina colocada entre flanges de tubos.  Seu custo é baixo devido à sua geometria simples, e fácil instalação e manutenção, porém apresenta capacidade limitada e a elevada perda de carga devido à grande expansão na saída do orifício (ÇENGEL e CIMBALA, 2006).

[pic 2]

Figura 1 - Placa de orifício

O Venturi (Figura 2) apresenta contração e expansão graduais evitando assim a separação brusca e agitação do fluxo, sofrendo perdas somente pela fricção na superfície da parede interna. Entretanto, seu custo de instalação e manutenção é relativamente alto (ÇENGEL e CIMBALA, 2006).

[pic 3]

Figura 2 - Venturi

Considerando o fluxo constante de um fluido incompressível, em uma tubulação horizontal de diâmetro D e desprezando as perdas de carga. O balanço de massa (Equação 1) e a equação de Bernoulli (equação 2) entre um local antes da constrição e o local onde ocorre a constrição podem ser escritos como:

Q = A1V1 = A2V2 → V1 = (A2/A1)V2                       (1)

[pic 4]

                                                                                           (2)                        

Substituindo o valor de V1 na equação (2) e admitindo z1 = z2, temos que:

[pic 5]

                                                                                              (3)                                

Com o valor da velocidade, podemos calcular a vazão multiplicando pela área da seção:

[pic 6]

                                                                                       (4)                                                 

Esta equação demonstra que a vazão de um escoamento interno pode ser determinada através da diferença de pressão antes e no local da constrição (queda de pressão). Entretanto, a equação (4) foi obtida admitindo perdas de cargas nulas, portanto é necessário considerá-las, uma vez que elas são inevitáveis. A equação deve então ser corrigida por um fator empírico chamado coeficiente de descarga (Cd) cujo valor é sempre menor que 1, (ÇENGEL e CIMBALA, 2006) consequentemente, obtemos a seguinte equação:

[pic 7]

                                                                                                                     (5)

Conclui-se, que a vazão é dependente da queda de pressão, podendo ser expressa por:

                                                                       (6)[pic 8]

Onde k é uma constante dependente da área da constrição, razão das áreas de seção transversal do tubo e constrição e densidade do fluido.

2. OBJETIVOS

2.1. Objetivo geral

Observar os fenômenos envolvidos na aplicação de medidores de vazão baseados na redução da área transversal de escoamento.

2.2. Objetivo específico

Determinar os coeficientes de descarga para um Venturi e uma placa de orifício para uma gama de valores de vazão.

3. MATERIAL E MÉTODOS

3.1. Materiais utilizados

O sistema utilizado durante o experimento constitui em:

• Bomba d’água (CP-4R Prot. Term. 0,5 CV, 3480 rpm, 2,5 A e 220 V);
• Reservatório de água;
• Régua;
• Tubo de Venturi;
• Rotâmetro;
• Placa de orifício;
• Tubos piezométricos: (entrada, garganta e saída do medidor de Venturi; entrada e saída da placa de orifício; entrada e saída do rotâmetro)

3.2. Metodologia

Primeiramente, observou-se a posição dos controles, verificando a toda estrutura e o funcionamento do sistema e ligou-se a aparelhagem. Em seguida, constatou-se a vazão indicada pelo rotâmetro durante experimento (vazão real do sistema). Posteriormente, variou-se a vazão do sistema (200 a 1600 L/h), com o auxílio de uma régua, mediu-se a diferença das alturas das colunas de líquido nos tubos piezométricos e, a partir tomou-se nota dos valores dessas diferenças de pressão obtidos para cada vazão utilizada em cada trecho do equipamento.