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INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO. CIÊNCIA E TECNOLOGIA – IFTO CAMPUS PALMAS
CURSO SUPERIOR DE SISTEMAS ELÉTRICOS
INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL
PROFESSOR: ELCIO PAIVA
ALUNO: HUMBERTO RODRIGUES MACEDO
RESUMO CAPÍTULO 5 – MEDIÇÃO DE PRESSÃO
5.1 Conceitos
Pressão é geralmente a força normal por unidade de área.
P= FA
Em concordância com o Sistema Internacional de Unidades – S.I (1960), pressão é definida em Newton por m² (Pascal).
Em que:
F – força em [N];
A – área em [m²];
P – pressão Nm2=Pa.
É comum identificarmos três tipos de pressão:
Pressão absoluta;
Pressão manométrica;
Pressão diferencial.
5.1.1 Pressão Absoluta
Refere-se à diferença entre a pressão em um ponto particular num fluido e a pressão absoluta (zero = vácuo completo). Ex: barômetro.
5.1.2 Pressão Manométrica (ou Relativa)
Refere-se à diferença medida entre uma pressão desconhecida e a atmosférica.
5.1.3 Pressão Diferencial
Refere-se à diferença medida entre duas pressões desconhecidas, em que nenhuma delas seja a pressão atmosférica.
Ainda, podem-se conceituar as pressões:
5.1.4 Pressão Negativa
Pressão relativa menor que a atmosférica.
5.1.5 Pressão Estática
Exercida por um líquido em repouso ou que esteja fluindo perpendicularmente.
5.1.6 Dinâmica ou Cinética
Exercida por um fluido em movimento, é medida fazendo a tomada de impulso de tal forma que recebe o impacto do fluido.
5.2 Métodos de Medição de Pressão
Pode ser direta ou indireta. Há três métodos principais de medição de pressão:
Medição por coluna de líquido (medição direta);
Medição de pressão que atua em uma área conhecida;
Medição da pressão por deformação, por tensão resultante ou por elemento elástico (de área conhecida).
5.2.1 Por Coluna de Líquido
Consiste em medição direta. Um tubo em forma de U contendo um líquido de massa específica (ρ).
Para maiores pressões efetivas negativas ou positivas, utiliza-se um segundo líquido (imiscível com o primeiro) de maior massa específica.
Podem-se observar as seguintes regras em problemas que envolvem manômetros:
Começar em uma extremidade e escrever a pressão do local numa unidade apropriada. No caso de uma incógnita, indicá-la com um símbolo.
Somar a ela variação de pressão, de um menisco até o próximo.
Dar continuidade dessa forma, até que se alcance a outra extremidade do manômetro e igualar a expressão à pressão nesse ponto.
Considerando um manômetro simples, a expressão irá conter uma incógnita.
Já em manômetros diferenciais, dará uma diferença de pressões.
Algumas aplicações precisam-se considerar os efeitos da temperatura na massa específica (ou fluídos).
5.2.2 Manômetro de Peso Morto
Mede a pressão desconhecida por meio da pressão que uma força gera quando atua numa área conhecida.
5.2.2.1 Princípio de Funcionamento
É um instrumento de zero central, em que massas calibradas são colocadas sobre a plataforma de um pistão fazendo com que ele se mova no sentido descendente, até que duas marcas de referência fiquem adjacentes.
Dependendo da precisão dos pesos-padrão e da área do pistão, é possível conseguir medidas muito precisas.
5.2.3 Medição da Pressão por Deformação, por Tensão Resultante ou por Elemento Elástico (de Área Conhecida)
5.2.3.1 Tubo de Bourdon
Medidor de pressão por deformação mais conhecido e utilizado. Sofre uma deformação originada da compressão de um fluído em seu interior, causando-lhe uma deformação proporcional que é acusada por um ponteiro que se move sobre uma escala.
5.2.3.2 Membrana ou Diafragma
Medidor de pressão constituído por um material elástico, fixo pela borda. Também pode ser instrumentado com gauges strain (pequenas células extensométricas afixadas na superfície do corpo de prova, que formam um conjunto solidário).
5.2.3.3 Fole
Consiste em um cilindro metálico, corrugado ou sanfonado. Quando se aplica uma pressão em seu interior, provoca-se sua distensão, e o deslocamento do ponteiro ligado á haste é proporcional à pressão aplicada.
5.2.3.4 Transdutores de Pressão por Silício
São sensores que convertem a grandeza física pressão em sinal elétrica. Em sua parte central há uma célula de medição, o silício é implantado por difusão e dopado com arsênio, formando um semicondutor do tipo-on.
Tem sua aplicação em áreas variadas: medidores de pressão sanguínea; sistemas de injeção eletrônica; sistemas de robóticas; controle de pressão em microbombas; concentradores de oxigênio e respiradores; controladores de nível e pressão de fluídos.
Efeito Piezo-Resistivo
Tem como efeito primário a mudança de condutividade e secundário a mudança de resistência causada por mudanças na geometria.
Tensões de compressão e dilatação do semicondutor servem para produzir mudanças na resistência dos piozorresistores conectados a um circuito em ponte. A mesma causa uma redução de energia e o aumento de portadores de carga na direção de força de compressão e com isso aumenta a resistência. Por outro lado à tensão de dilatação e totalmente oposta a de compressão.
Os resistores estão localizados sobre o diafragma flexível para corresponder com a máxima tensão de compressão e dilatação. Para atingir a máxima precisão na medição, os resistores estão conectados em ponte, pois quando dois aumenta os outros diminui. Essa configuração proporciona a diminuição de variação da medição por efeito da temperatura, por isso se usa submersa em óleo.
CAPÍTULO 7- MEDIÇÃO DE NÍVEL
7.1 Introdução
Medir a variável nível em processos industriais é quantificar referenciais por meio de monitoramento contínuo ou discreto com o objetivo de avaliar e controlar volumes de estocagens de tanques ou recipientes de armazenamento.
7.2 Classificação
As medidas de nível são aplicadas ao controle de substâncias líquidas ou sólidas como mostra a tabela abaixo de classificação das medidas de nível.
Medição direta
Tecnologia aplicada
Líquidos
Sólidos
Medição por visores de nível
X
X
Medição por boias e flutuadores
X
Medição por contatos de eletrodos
X
Medição por sensor de contato
X
Medição por unidade de grade
X
Medida indireta
Tecnologia aplicada
Líquidos
Sólidos
Medição por capacitância
X
X
Medição por empuxo
X
Medição por pressão hidrostática
X
Medição por célula d/p CELL
Medição por caixa de diafragma
Medição por tubo em U
Medição por borbulhamento
Medição por radioatividade
X
X
Medição por ultrassom
X
X
Medição por vibração
X
X
Medição por pesagem
X
X
7.3 Medida Direta
É toda a tomada de medida cujo mecanismo tem contato direto com a substância a ser medida, podendo ser de monitoramento contínuo ou discreto. Desse modo temos:
7.3.1 Medição por Visores de Nível
Consistem em uma janela de vidro de alta resistência a impacto, elevadas temperaturas e pressão, bem como ação de ácidos.
É transparente e pode ser montada diretamente na parede do reservatório ou em um tubo externo a ele.
7.3.2 Medição por Boias
Baseia-se na mudança de altura de um flutuador colocado na superfície do liquido. Seu movimento controla limites máximos e mínimos por meios mecânicos ou elétricos, servindo nesse caso como uma chave de nível (chave-boia) que bloqueia a admissão do fluido quando atinge o seu limite máximo e libera-o quando atinge o nível mínimo.
7.3.3 Medição por Contato de Eletrodos
Esse tipo de procedimento é particularmente aplicável à medição de nível de fluidos condutivos, não corrosivos e livres de partículas em suspensão. O sistema é alimentado com tensão alternada de baixos valores (±10 v), a fim de evitar a polarização dos eletrodos.
Pode ser utilizado para medições contínuas ou discretas. Para medição contínua a concepção construtiva que relaciona o nível "h" do fluido com a variação da corrente elétrica é obtida pela seguinte fórmula:
h = [L-U.A.ⱷI ]
Sendo:
L – Comprimento do condutor em metros [m];
U – Tensão elétrica em volts [V];
A – Seção transversal do condutor [mm²];
ⱷ - Condutividade elétrica do condutor [m/ . mm²];
I – Corrente elétrica em amperes [A];
Em medições discretas (pontuais), em que o sistema funciona como chave de nível ou detecção de pontos de interesse, a sonda é posicionada horizontalmente em relação à superfície do fluido, resultando em uma corrente elétrica de amplitude constante e estável, tão logo o fluido atinja a sonda.
7.3.4 Medição por Sensor de Contato
O sistema de barreira de ar é aplicado basicamente para controle de nível mínimo e máximo, ou seja, age como chave de nível. Trata-se de um circuito eletropneumático, dotado de um sensor que, ao ser alimentado por uma conexão P emite por meio desse sensor em direção ao fluido, um fluxo de ar a uma determinada pressão (0.1 a 0.15 bar).
Quando o sensor está inativo, o ar de alimentação escapa pelo tubo de imersão. Assim que o fluido atinge o nível da extremidade inferior do tubo de imersão, fechando-o, aparece na saída A do sensor um sinal, cuja pressão é proporcional à altura do fluido, até o valor da pressão de alimentação. A pressão do sinal subsistirá enquanto o fluido mantiver a abertura fechada.
O detector pneumático de nível é muito utilizado em líquidos que são muito espumosos.
7.3.5 Medição por Unidade de Grade
É um mecanismo de medição por transmissão de momento de torção. Consiste em anéis metálicos, ligados por hastes, formando um dispositivo cilíndrico vertical. As forças são transmitidas por intermédio de um tubo torque a um rele pneumático para transmissão a um instrumento de leitura ou controlador.
Este mecanismo só pode ser utilizado em medição de nível de sólidos.
7.4 Medição Indireta
São obtidas por meio de grandezas físicas como pressão, empuxo, propriedades elétricas, radiação, ultrassom, etc.
7.4.1 Medição por Capacitância
Um capacitor cilíndrico consiste em dois cilindros concêntricos de comprimento L cujo cilindro maior é o externo e o cilindro menor é o interno. O espaço existente ente os cilindros é ocupado por uma substancia conhecida como "dielétrico", que pode ser o próprio ar ou vácuo. O sensor capacitivo pode ser montado na forma de uma sonda, que é montada na parte superior de um reservatório, voltada para dentro e imersa no fluido que ali esteja estocado. A equação que relaciona o nível da substância a ser medida com a capacitância de um capacitor cilíndrico é dada por:
C = [2.π.ε˚.εʳ.Lln (ba) ]
Em que:
C – Capacitância em Faraday [F];
ε˚ - Permissividade no vácuo ou ar [C²/N.m²];
εʳ - Permissividade relativa da substancia medida [C²/N.m²];
L – Nível da substancia em metros [m];
b – Raio da casca cilíndrica [m];
a – Raio do cilindro interno [m].
7.4.2 Medição por Empuxo
O sistema de medição por flutuadores segue o "Principio de Archimedes", cujo enunciado segue abaixo.
"Todo corpo mergulhado em um fluido sofre a ação de uma força vertical dirigida de baixo para cima". Archimedes
Neste sistema, um elemento (flutuador) com densidade maior que o líquido cujo nível se deseja medir é suspenso por uma mola, um dinamômetro ou uma barra de torção.
À medida que o nível do líquido aumenta, o peso aparente do flutuador diminui, fazendo atuar o mecanismo de indicação ou de transmissão. Entretanto, para o uso adequado desse medidor, a densidade do líquido deve ser conhecida e constante. Denomina-se empuxo a força exercida pelo fluido do corpo nele submerso, sendo determinada pela a expressão para o nível de fluido em função da força de empuxo abaixo.
h = FeA.γ
Onde:
h – Altura do flutuador [m²];
Fe – Força do empuxo [N];
A – Seção transversal do flutuador [m²];
γ – Peso específico do fluido [N/m³].
7.4.3 Medição por Pressão Hidrostática
7.4.3.1 Medição por Célula d/p CELL
O instrumento detector é uma célula do tipo d/p CELL que mede a pressão exercida por um liquido, utilizando um transmissor de células de pressão diferencial. Esse transmissor irá transmitir quer um sinal pneumático, quer um sinal eletrônico a um indicador distante.
A pressão hidrostática exerce uma força contra um diafragma de aço da câmara de pressão, sendo este equilibrado contra a pressão atmosférica da câmara de pressão inferior. Qualquer desequilíbrio é detectado pelo transmissor que contem um amplificador que enviará um sinal em proporção direta ao nível no tanque.
7.4.3.2 Medição por Caixa de Diafragma
Esse sistema tem custo bastante reduzido, pois é composto por uma simples caixa de diafragma imersa até o fundo do tanque, tendo em sua extremidade um capilar que se estende até a parte externa do tanque, sendo conectado a um manômetro de pressão.
Sua utilização é restrita a tanques não pressurizados e o diafragma pode ser do tipo fechado ou aberto, podendo ainda estar localizado fora do tanque.
7.4.3.3 Medição por Tubo em U
O sistema consiste em um simples tubo em U contendo mercúrio, instalado no fundo de um reservatório não pressurizado ou aberto, e considerado que o reservatório venha sempre a conter o mesmo tipo de líquido, isto quer dizer que será sempre o mesmo peso específico. Em vez da escala de pressão, pode ser registrada no tubo uma escala apropriada que permita a leitura do nível do líquido diretamente neste.
7.4.3.4 Medição por Nível de Borbulhamento
Neste sistema é importante que o peso específico do líquido permaneça sempre constante. A vazão de suprimento é ajustada por uma válvula de agulha até que se observe a formação de bolhas em pequenas quantidades, havendo então, um borbulhamento sensível no liquido de medição. No outro braço da tubulação é instalado um manômetro que indicará o valor da pressão devido ao peso da coluna líquida.
7.4.4 Medição de Nível por Ultrassom
Na medição de nível dessa aplicação se dá pela medição do tempo em que ela é emitida e recebida, quando a partir da emissão por uma fonte de ultrassom propaga-se até refletir devido à colisão com um meio de densidade diferente do qual está se propagando. Medindo então o tempo de transito, o nível h do fluido ou sólido estocado será dado por:
h = L-t.B
Onde:
h – Nível do fluido [m];
L – Altura da fonte emissora – receptora no tanque [m];
t – Tempo total de propagação da onda [s];
B – Módulo volumétrico de elasticidade [Pa];
- Densidade do meio de propagação [Kgt/m³].
7.4.5 Medição de Nível por Radiação
Medição de nível de líquidos ou sólidos armazenados em tanques ou reservatórios por meio de radiação é um processo caro e não muito difundido principalmente porque só deve ser utilizado em situações em que for completamente impossível a aplicação de algum outro sistema de menor risco e, portanto, que necessite menor grau de proteção.
A quantidade de radiação recebida pelo detector é uma função da absorção dos raios gama pelo fluido. A radiação, I, medida pelo detector é relacionada ao comprimento do mensurado no trajeto da onda, x.
Existem sensores de nível radiativos apropriados para a medição continua e para medição discreta, sendo o principio de funcionamento o mesmo para aplicações de medição de nível contínua e controle de nível máximo e nível mínimo . Quando a altura do reservatório é elevada, pode-se utilizar um sensor constituído por uma ou duas fontes e vários detectores colocados em linha para aplicações de controle de nível contínuo por radiação gama em tanques muito altos.
Vantagens:
Medição independente da pressão, temperatura e propriedade físicas e químicas do produto;
Medição de nível contínua, e não existe contacto com o produto a ser medido;
Uso de fontes de radiação em forma laminar, que permitem a linearização do sinal de medida;
Adotáveis para todas as formas de recipientes;
Compensação imediata quando a radiação se desintegra;
Elevada segurança operacional;
Elevada exatidão em situações em que os outros medidores de nível falham;
Não requer praticamente nenhuma manutenção;
Fácil de instalar;
Pode ser usado para medições em condições mais adversas, por exemplo. Com produtos altamente viscosos e corrosivos, ou a altas pressões e temperaturas;
Serve para sólidos e também para líquidos.
Principal desvantagem:
Só pode ser usado em ultimo recurso, quando for impossível aplicar outro método de medição. Esse aparelho e extremamente caro.
7.4.6 Medição de Nível por Micro-ondas
De forma análoga ao sistema de medição por ultrassom, a medição de nível por micro-ondas é feita por meio de um emissor-receptor de pulsos eletromagnéticos. A fonte emissora de formato cônico emite pulsos eletromagnéticos em direção a substância armazenada. Ao colidirem com um meio de densidade diferente, esses pulsos serão refletidos e captados pelo receptor, que medirá a diferença entre o comprimento das micro-ondas emitidas e refletidas.
A equação da velocidade com que o nível h varia será então:
V = Δλλ .c
Em que:
Δ – Magnitude do deslocamento do comprimento de onda Doppler [nm];
λ – Comprimento da onda emitida pela fonte [n.m];
c – Velocidade da luz [m/s].
7.4.7 Medição por Nível de Vibração
Este princípio de medição utiliza-se de dois osciladores piezelétricos fixados dentro de um tubo, gerando vibrações nesse tubo à sua frequência de ressonância. A frequência ressonante do tubo varia de acordo com a sua profundidade de imersão na substância líquida ou solida armazenada. A medida do nível h é obtida em função da frequência de saída do oscilador quando o tubo está em ressonância.
7.4.8 Medição de Nível por Pesagem
É um meio relativamente simples de medir o nível de líquidos ou sólidos armazenados. Basicamente se utiliza uma célula de carga instalada devidamente e ajustada aos valores que se pretende como nível de mínimo e máximo ocupado pela substancia armazenada.
CAPÍTULO 8 - MEDIÇÃO DE VAZÃO
8.1 Introdução
Em alguns processos da indústria química, petrolífera, produção de tintas, leite, refrigerantes, etc., o controle contínuo da variável vazão dos fluidos envolvidos nos processos é de extrema importância.
A variável vazão pode ser obtida:
Forma direta que consiste na determinação do volume ou peso de fluido que atravessa uma seção num dado intervalo de tempo;
Medida indireta da vazão que exige a determinação da carga, diferença de pressão, ou velocidade em diversos pontos numa seção transversal.
Os métodos mais precisos são as determinações gravimétricas ou volumétricas, nas quais o peso ou o volume é medido por balanças ou por tanques calibrados num intervalo de tempo que é medido por um cronômetro.
As medidas de pressão e velocidade são tratadas inicialmente, seguidas pelos medidores de deslocamento positivo e medidores de vazão.
8.2 Definição
Fluxo ou vazão de um fluido Q é o volume de fluido por unidade de tempo que flui através de um orifício ou duto de seção transversal A, a uma velocidade média V.
A unidade de Q no S.I., é m³/s.
Q = A.V
8.3 Medida De Pressão
A medida de pressão é necessária em muitos dispositivos que servem para determinar a velocidade de uma corrente de fluido ou a sua vazão, devido à relação entre a velocidade e pressão, dada pela equação da energia:
δQHδt+ p1p1+gh1+v122+u1 p1v1A1= p2p2+gh2+v222+u2p2v2A2
A pressão estática de um fluido é a sua pressão quando a velocidade não é perturbada.
A tomada Piezométrica que é um método de medida de pressão estática que quando as linhas de corrente do escoamento são paralelas, a variação de pressão é hidrostática na direção normal a elas. Portanto, medindo a pressão junto a parede, podemos determina-la em qualquer outro ponto da seção transversal. A tomada piezométrica deve ser pequena, com seu comprimento pelo menos o dobro do diâmetro, e deve ser normal à superfície, sem rebarbas na extremidade, pois formam pequenos vértices que distorcem a medida. Um pequeno arredondamento da abertura é permitido.
A tomada piezométrica pode ser conectada a um manômetro comum ou do tipo Bourdon, a um micromanômetro ou ainda a um transdutor eletrônico. O principio pode ser de um extensômetro elétrico com circuito de ponte de Wheatstone, o do movimento num transformador diferencial, o de uma câmara de capacitância ou do comportamento piezométrico de um cristal sobtensão.
8.3.1 lei de Poseuille
A Lei de Poseuille estabelece que o fluxo de um fluido através de um tubo cilíndrico de comprimento L e raio de seção transversal r é dado por:
Q= πr (p1-p2)8μL
Em que:
(p1 –p2) = diferença de pressão entre a tomada de entrada e na saída da tubulação.
μ = viscosidade do fluido em Poseuille.
1 Poseuille PI = 1N.s/m²
= 1kg/m.s
1 poise (P)
= 0,1kg/m.s
1 centipoise (cP)
= 10-³kg/m.s
8.4 Medida De Velocidade
A medida da velocidade é uma etapa importante para a avaliação da vazão. Normalmente utiliza-se o tubo de Pitot que é um dos métodos mais precisos na determinação de velocidades.
A Equação de Bernoulli fornece:
v22g+p1γ= p2γ=h0+ h
Como p1 / γ=h0 , a equação se reduz a:
v22g= h
Em que a velocidade será dada por:
v=2g h
O tubo de Pitot mede a pressão de estagnação, que é chamada de pressão total, que compõe de duas partes, a pressão estática h0 e a pressão dinâmica h, expressas em comprimento de coluna do liquido que esta escoando. A pressão dinâmica esta relacionada com a carga da velocidade.
Se combinarmos as duas medidas de pressão, por meio de um manômetro diferencial, obteremos a altura correspondente à pressão dinâmica.
v22g+p1γ= p2γ
A equação manométrica simplificada em relação à v resulta em:
v= 2gR'dod-1
O tubo de Pitot também é insensível ao alinhamento com o escoamento, resultando um erro de apenas alguns por cento se o tubo tiver um desalinhamento menor que 15º.
8.5 ORIFÍCIO
Um medido de vazão é um dispositivo que determina, geralmente por uma única medida, a quantidade ( peso ou volume) por unidade de tempo que passa através de uma dada seção . Entre os medidores de Vazão estão os orifícios, bocal, medidor Venturi, rotâmetro e vertedor.
8.5.1 Orifício num reservatório.
Pode se usar um orifício para medir a vazão de saída num reservatório ou a vazão através de um tubo. O orifício num tanque pode estar na parede ou no fundo, pode ter arestas vivas ou arredondadas, necessitando a equação ser corrigida por um coeficiente de contração ε e de velocidade ϕ conforme a tabela.
Coeficiente de contração ε
Coeficiente de velocidade ϕ
Arestas vivas
0,62
Para água ϕ = 0,97
Arestas Arredondadas
0,97
Para água ϕ = 0,97
8.5.2 Placa de Orifício
Outra forma de obter a vazão de um fluido é utilizar uma placa de orifício instalada num tubo. A qual provoca uma contração Np jato jusante da abertura do orifício.
Se a placa de orifício estiver equipada com um manômetro em U que utiliza em seu interior um fluido de densidade maior que o fluido circulante na tubulação, a equação da descarga será:
Q=CA0 2ghpop-1
Em que:
po= Massa especifica do fluido manométrico em Kg/m³;
p= Massa especifica do fluido circulante na tubulação em Kg/m³;
po>p
h= Altura manométrica em m;
g= Aceleração da gravidade 9,81 m/s²;
A0= Área do orifício da placa em m²;
v1= Velocidade do fluido na tubulação;
D1= Diâmetro interno da tubulação [m/s²];
Re= Numero de Reynolds;
μ = viscosidade do fluido em [N.s/m²].
8.5.3 Medidor Venturi
O medidor Venturi foi idealizado pelo cientista italiano Venturi em 1971 e usado como medidor de vazão em 1886 por Clemens Herschel, sendo constituído por um local convergente – divergente.
Ele é constituído de uma seção a montante do mesmo diâmetro do conduto, que leva através de uma seção mínima, garganta do Venturi, e através de uma seção cônica divergente (ângulo geralmente de 5 a 14º) gradualmente retorna ao diâmetro do conduto.
O difusor cônico divergente gradual a jusante fornece excelente recuperação da pressão. Este aparelho e relativamente caro. É utilizado onde se deseja grande precisão e controle continuo.
A especificação de um medidor Venturi é feita pelos diâmetros do conduto e da garganta, sendo que este último deve ser projetado para propiciar uma pressão mínima maior que a pressão de vapor do fluido que ecoa, evitando desta forma que ele vaporize na temperatura do escoamento, o que caracterizaria o fenômeno denominado de cavitação.
Para obtermos resultados precisos, o medidor Venturi deve ser precedido por um tubo reto, isento de singularidades, com um comprimento mínimo de dez vezes seu diâmetro.
A equação da descarga, caso o medidor Venturi estiver equipado com um manômetro em U, será:
Q=CA2 2ghpop-11-D2D14
que:
po= Massa especifica do fluido manométrico em Kg/m³;
p= Massa especifica do fluido circulante na tubulação em Kg/m³;
po>p
h= Altura manométrica em m;
g= Aceleração da gravidade 9,81 m/s²;
D2/D1= Relação entre os diâmetros de Venturi.
8.5.4 Bocal
O bocal ISA é semelhante a uma placa de orifício, porem mostra uma contração gradual no orifício de forma que seu coeficiente de contração tem valor unitário e requer a utilização de manômetro para a leitura da pressão diferencial.
Se a placa de orifício estiver equipada com um manômetro em U que utiliza em seu interior um fluido de densidade maior que o fluido circulante na tubulação, a equação da descarga será:
Q=CA2 2ghpop-1
Em que:
po= Massa especifica do fluido manométrico em Kg/m³;
p= Massa especifica do fluido circulante na tubulação em Kg/m³;
po>p
h= Altura manométrica em m;
A2= Área do orifício da placa em m².
8.5.5 Rotâmetro
Os rotâmetros são medidores de vazão de área variável, nos quais escoa líquido, gás ou vapor em um tubo cônico vertical, de baixo para cima, no qual há um flutuador. Esse tubo pode ser de vidro, plástico ou metal, dependendo da aplicação.
Como o peso do flutuador é constante, o aumento da vazão requer uma área livre maior de escoamento, uma vez que a perda de carga do flutuador permanece constante, desta forma, a posição de equilíbrio do flutuador indica a vazão.
Estes medidores são amplamente utilizados em processos industriais, onde se necessita observação instantânea.
Se não há fluxo, o flutuador está na posição inferior zero. Na existência de fluxo, o flutuador sobe até a posição tal que a força para cima resultante da pressão do fluxo se torna igual ao peso dele.
Segue a equação obtida através da relação entre alguns parâmetros:
Q=CA2 2Vfpf-pg/(pAF1-S2S12
Em que:
C= Coeficiente de vazão ;
p= Massa especifica do fluido circulante na tubulação em Kg/m³;
S2= Área entre o tubo e o flutuador;
Vf= Volume do flutuador;
pf= Massa especifica do flutuador;
g= Aceleração da gravidade;
Sf= Área máxima do flutuador no plano horizontal,
S1= Área do tubo na posição do flutuador.
8.5.6 Vertedores
A medição de vazão em canais abertos, ou seja, fluxo de fluidos em que a pressão na superfície livre é igual à pressão atmosférica, é feita por meio de vertedores que consistem na redução da seção de escoamento através da introdução de uma placa vertical no canal, permitindo que o fluido escoe sobre ou através dela por mio da gravidade.
A equação da descarga para o vertedor tipo retangular pleno é:
Q=1,838.2H³
Este tipo de vertedor possui os seguintes limites de aplicação:
P 0,10m;
0,03m H 0,75m;
HP 1,0;
B=L 0,30, em que (B) é a largura do canal;
Possui precisão de 1%.
A equação da descarga do vertedor com tomada piezométrica montada num posto tranquilizador será reduzida para:
Q=1,838.(B-0,2H)2H³
Sendo:
Q = vazão em metros cúbicos por segundo;
B = largura do canal em metros;
b = Largura da contração em metros;
H = Altura da lamina mínima d'água sobre a crista do vertedor em metros;
Este tipo de vertedor possui os seguintes limites de aplicação:
P 0,30m;
0,75m H 0,60;
(L-0,2 H) 0,30m;
B=L 0,30, em que (B) é a largura do canal;
A largura do vertedor (b) contraído deve ser igual a largura do canal (B),menos um quinto da altura H (máxima) da lamina d'água (H) sobre a crista do vertedor;
Precisão de 1%.
Já o vertedor triangular com contração possui a base do triangulo de medida menor que a largura do canal.
A equação de descarga com ângulo central igual a 90º é dada por:
Q=1,42H5
Este tipo de vertedor possui as seguintes limitações de aplicação:
0,05m H 0,38m;
H/P 0,4;
B 0,90m;
H/B 0,20m;
h > 0,45m;
1% de precisão.
Com relação à escolha do tipo de vertedor mais apropriado, pode se afirmar que:
Para vazões menores que 30 l/s, os vertedores triangulares oferecem maior precisão;
Para vazões estimadas entre 30 l/s, os vertedores triangulares e retangulares oferecem a mesma precisão;
Para vazões acima de 300 l/s, os vertedores retangulares são os mais indicados por possuírem coeficientes de vazão mais bem definidos.
Os vertedores triangulares de parede delgada são os mais precisos, econômicos e fáceis de instalar. Permitem determinações de vazões contínuas quando se instala um registrador do mecanismo da variação da lâmina d'água montante do vertedor.
A medida da altura da lâmina d'água é efetuada a montante do vertedor, fora da influencia da curvatura da superfície líquida sobre o vertedor. Esse método de medição não é adequado para líquidos com elevados teores de sólidos em suspensão.
REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA
BUSTAMANTE, A. Instrumentação Industrial. 3. Ed. São Paulo: Editora Érica, 2005.
