Os Sensores de Vazão

1. Sensores de vazão

A vazão é uma das grandezas mais medida nos processos industriais. A medição de vazão de fluidos está presente também em nosso dia-a-dia, como por exemplo, o hidrômetro das residências e o marcador da bomba de combustível dos veículos, dentre outros. A aplicabilidade de instrumentos para medição de vazão é muito ampla, variando de medições simples como a de uma residência há medições de gases de processos industriais, e medições ainda mais complexas.

Para se aplicar corretamente um determinado instrumento de medição considerando o seu custo-benefício deve-se levar em consideração fatores como, a exatidão desejada para a medição, o tipo de fluido (líquido ou gás, limpo ou sujo, número de fases, temperatura, entre outros), as condições termodinâmicas, o espaço disponível e o custo que recomenda ser deixado como último critério apesar de sua importância.

A vazão representa a quantidade volumétrica ou mássica, que escoa em uma determinada seção, durante um certo período de tempo. Quando volumétrica, se refere a quantidade em volume de um fluido que escoa em uma seção em um considerado intervalo de tempo, e suas unidades volumétricas mais comuns são: m³/s, m³/h, l/h, l/min e GPM (galão por minuto). Quando mássica, se refere a quantidade de massa de um fluido que escoa em uma secção em um considerado intervalo de tempo, e suas unidades mássicas mais utilizadas são: kg/s, kg/h, t/h, lb/h.

A medição de vazão tem como objetivo geral:

• Acompanhar e controlar a proporção dos materiais introduzidos em determinados processos.
• Determinar e controlar a quantidade de produtos elaborados no processo, quer em suas fases intermediárias, quer em sua fase final.
• Determinar e controlar quantidades por razões de ordem econômica, seja referente a serviços, utilidades, ou compra e vendas de produtos.
• Os medidores de vazão são na realidade indiretos, pois medem outro tipo de grandeza que é transformada por um transdutor, em vazão.
• Nesse trabalho serão mostrados alguns dos principais tipos de sensores de vazão, assim como seu funcionamento e possíveis aplicações.

1. Medição por Pressão Diferencial

Os medidores de vazão por pressão diferencial são os sensores mais amplamente usados, devido à sua simplicidade, seu custo e sua facilidade de manutenção.

Um obstáculo, denominado elemento primário, introduzido em uma tubulação na qual escoa um fluido, causa uma queda de pressão que varia com a vazão, a densidade e a viscosidade. Mantendo os dois últimos fatores constantes, é possível calcular a vazão. Esses elementos são baseados no princípio fundamental da hidrodinâmica, o Teorema de Bernoulli.

Os dispositivos que permitem a medição de vazão, chamados elementos primários, mais utilizados são:

• Placa de orifício;
• Tubo de Venturi;
• Bocal;
• Tubo de Pitot.

1. Placa de orifício

( http://bcove.me/dzih9ieo )

Consiste em uma placa precisamente perfurada, a qual é instalada perpendicularmente ao eixo da tubulação. É essencial que as bordas do orifício estejam sempre perfeitas, porque, se ficarem, imprecisas ou corroídas pelo fluído, a precisão da medição será comprometida. Costumeiramente são fabricadas com aço inox, monel, latão, etc., dependendo do fluído.

VANTAGENS:

Instalação fácil

Econômica

Construção simples

Manutenção e troca simples

DESVANTAGENS

Alta perda de carga

Baixa Rangeabilidade

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Figura 1 – Tipos de orifícios

Orifício concêntrico: este tipo de placa é utilizado para líquidos, gases e vapor que não contenham sólidos em suspensão.

Orifício excêntrico: utilizada quando tivermos fluído com sólidos em suspensão, os quais possam ser retidos e acumulados na base da placa, sendo o orifício posicionado na parte de baixo do tubo.

Orifício segmental: esta placa tem a abertura para passagem de fluido, disposta em forma de segmento de círculo. É destinada para uso em fluídos laminados e com alta porcentagem de sólidos em suspensão.

1.  Tubo de Venturi

O tubo Venturi, combina dentro de uma unidade simples, uma curta garganta estreitada entre duas seções cônicas e está usualmente instalado entre dois flanges, numa tubulação. Seu propósito é acelerar o fluído e temporariamente baixar sua pressão estática.

A recuperação de pressão em um tubo Venturi é bastante eficiente, sendo seu uso recomendado quando se deseja um maior restabelecimento de pressão e quando o fluido medido carrega sólidos em suspensão. O Venturi produz um diferencial menor que uma placa de orifício para uma mesma vazão e diâmetro igual à sua garganta.

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Figura 2 – Tipos de Tubo de Venturi

1. Bocal

O Bocal de vazão (Flow nozzle) é, em muitos aspectos um meio termo entre a placa de orifício e o tubo Venturi. O perfil dos bocais de vazão permite sua aplicação em serviços onde o fluído é abrasivo e corrosivo. Eles têm a mesma aparência de um Tubo de Venturi sem o cone de saída. O bocal deve ser usado em tubos verticais com a direção do fluxo para baixo.

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Figura 3 – a) Vista em corte e b) em perspectiva de um bocal.

1. Tubo de Pitot

É um dispositivo para medição de vazão através da velocidade detectada em um ponto da 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. A diferença da pressão dinâmica e a pressão estática da linha nos dará a pressão diferencial, a qual é proporcional ao quadrado da velocidade.

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Figura 4 – Tubo de Pitot

1. Rotâmetros

Rotâmetros 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, o qual é colocado verticalmente na tubulação em que passará o fluido que queremos medir. A extremidade maior do tubo cônico ficará voltada para cima.

2) No interior do tubo cônico teremos um flutuador que se moverá verticalmente, em função da vazão medida.