Os Medidores de Vazão

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ
Instituto de Engenharia Mecânica

Medidores de vazão

Itajubá

2019

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ
Instituto de Engenharia Mecânica

Marcelo Braga - 2017008302

Matheus Pessoa - 2018009304 

Medidores de vazão

Projeto proposto pela disciplina de mecânica dos fluidos experimental I, ministrada pelo Prof. Dr. Luiz Antônio Alcântara Pereira.

Itajubá

2019

Introdução

Com a industrialização, a necessidade pelo controle dos itens de produção torna-se uma necessidade cada vez maior e, devido a este processo, surgem diversas tecnologias que buscam sanar estas necessidades das mais diversas maneiras.

Hoje são raros os processos industriais que não utilizam fluidos transportados por dutos em suas etapas de produção, criando assim um ambiente favorável ao desenvolvimento de inúmeros instrumentos utilizados para a determinação da vazão desses fluidos de trabalho.

A medição de vazão consiste, basicamente, na determinação da quantidade de líquidos, gases e sólidos que passa por um determinado local na unidade de tempo. A escolha do instrumento a ser utilizado na determinação da vazão depende basicamente do fluido de trabalho, podendo variar de acordo com a presença ou não de partículas sólidas, propriedades corrosivas, compressibilidade, viscosidade, entre outras e, também, da precisão necessária.

Aqui apresentaremos os principais instrumentos de medição de vazão, tal como os princípios físicos envolvidos em cada um deles, assim como suas aplicações comerciais.

Desenvolvimento

Todas as instruções para se realizar a medição de vazão de um fluido são encontradas na norma ISO 5167 (“Measurement of Fluid Flow by means of Pressure Differential Devices”).

Medição indireta (Área constante)

• Tubo de Pitot

Esse instrumento de medição de vazão utiliza do princípio de pressão diferencial, onde é necessário conhecer duas pressões, a pressão total na extremidade em uma posição referente ao sentido do escoamento do fluido no duto e a pressão estática sendo essa posicionada de forma a ter um ângulo reto ao escoamento para uma melhor medição (figura 1).

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Figura 1. Posicionamento das cavidades no tubo de Pitot.

E é a partir da pressão dinâmica medida através do instrumento que se é possível a obtenção da velocidade de vazão por meio da seguinte equação:

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Sendo:

: Pressão dinâmica lida [Pa];[pic 5]

: aceleração da gravidade [;[pic 6][pic 7]

: Peso especifico do fluido [;;[pic 8][pic 9]

: Velocidade do fluido [[pic 10][pic 11]

Esquematicamente a montagem dessa instrumentação em um local onde se deseja encontrar a velocidade do fluido pode ser exemplificada segundo a seguinte montagem aplicada em um duto (figura 2), onde o tubo axial do tubo de Pitot deve estar paralelo ao eixo axial da tubulação e devidamente fixado de forma a não haver vibrações.

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Figura 2. Montagem do instrumento.

Um detalhe do instrumento que deve ser levado em conta na realização das medições é que o valor encontrado para velocidade não é referente ao valor de velocidade média do escoamento e sim a velocidade no ponto de impacto (onde o tubo está localizado no escoamento). Para se obter uma medição mais generalizada e encontrar uma velocidade média pode-se prosseguir a medição de duas maneiras:

1. Realizar mais de uma medição em diferentes pontos (de preferência perpendiculares entre si).
2. Realizar a medição em um ponto aproximado de 0,25*D a 0,29*D (sendo D o diâmetro da tubulação) da parede da tubulação, pois nessa é onde a velocidade se aproxima da média.

Podemos encontrar esse tipo de instrumento em diversas aplicações como na aviação sendo utilizados como medidores de pressão atmosférica afim de controlar a velocidade do ar no exterior da aeronave, na determinação de vazão de escoamento em tubulações indústrias como as petroquímicas e as empresas de saneamento e até na meteorologia, entre vários outros tipos de aplicação.

• Tubo Venturi

Assim como o tubo de Pitot, o tubo Venturi também é classificado como medidor de vazão de forma indireta, e também utiliza de leituras de outras variáveis para se obter a vazão. A constituição de um tubo Venturi é um tubo convergente onde no tubo possuímos diâmetros diferentes (Figura 3), causando um estrangulamento da seção de escoamento onde o objetivo é acelerar o fluido e abaixar, consequentemente, a pressão.

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Figura 3. Exemplo de tubo Venturi.

Esse estrangulamento, também chamado de garganta, possui um diâmetro que está compreendido na faixa de ¼ a ¾ do diâmetro da tubulação (NETTO, Azevedo 1998). E segundo o  mesmo autor é possível classificar o medidor quanto a sua fabricação que se dá de três formas: a curta, também conhecida como Orient (comprimento que possuem até 7 vezes o diâmetro da tubulação), forma longa também conhecida como Hershel (comprimento pode chegar ate 12 vezes o valor do diâmetro da tubulação) e o retangular que são geralmente utilizados para ar em caldeiras a vapor.

Partindo para o calculo da vazão temos que utilizar 3 (quatro) equações para encontrar a vazão, sendo que a primeira a ser utilizada contém a leitura de diferença da pressão [h], na forma desenvolvida temos:

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Sendo:

: Velocidade de entrada (tubulação);[pic 15]

: Velocidade no estrangulamento;[pic 16]

: Aceleração da gravidade;[pic 17]

: Diferença de pressão.[pic 18]

Considerando a equação de continuidade é possível generalizar a velocidade no estrangulamento [, dessa forma temos:[pic 19]

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Sendo:

: Diâmetro da tubulação;[pic 21]

: Diâmetro do estrangulamento.[pic 22]

Substituindo  na primeira equação, temos:[pic 23][pic 24]

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Conhecendo o valor da velocidade na entrada e considerando o coeficiente de descarga [ ] (Referente ao diâmetro do tubo Venturi utilizado), podemos calcular a vazão [ ] da seguinte forma:[pic 26][pic 27]

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Pode-se citar algumas vantagens no uso do tubo Venturi em relação a outros medidores com o mesmo princípio de funcionamento sendo precisão de aproximadamente , Resistência construtiva, mede em sistemas com grandes escoamentos.[pic 29]