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Apr 22, 2023
MÉTODOS DE MEDIÇÃO DE CAUDALMÉTODOS DE MEDIÇÃO DE CAUDAL
Ulisses FernandesUlisses Fernandes
ulisses@navier.ist.utl.ptulisses@navier.ist.utl.pt
-Novembro 2003--Novembro 2003-
MÉTODOS EXPERIMENTAIS EM ENERGIA E AMBIENTEMÉTODOS EXPERIMENTAIS EM ENERGIA E AMBIENTE
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INTRODUÇÃO CAUDAL :
Definição
É o volume ou a massa que atravessa uma secção de passagem por unidade de tempo.
Caudal Volúmico
Caudal Mássico)(.
)(ttempounid
mmassam
).()(.
)( UvelocÁreattempounid
VvolumeQv
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Relação entre caudal mássico e caudal volúmico:
tVQm v
CAUDAL
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CAUDAL
O caudal é uma variável bastante difícil de medir com rigor
Depende de certas propriedades físicas do fluido, tais
como:
Densidade (ρ)
Temperatura (T)
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Medição de Caudal Há três formas de medir o caudal
1- Medição Indirecta
2- Medição Directa Mede-se directamente o caudal volumétrico ou caudal mássico
3- Medição usando Medidores Especiais
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Medição Indirecta
Medem-se a velocidade ou a perda de carga
Exemplos:
• Orifício Calibrado• Venturi • Tubo de Pitot• Certos Rotâmetros
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Orifício CalibradoCálculo de caudal
Para escoamento subsónico Fuido incompressível Conduta na posição horizontal
Aplicando a equação de Bernoulli entre os pontos 1 e 2 tem-se:
2
12221 2
121 UUPPP
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Orifício CalibradoCálculo de caudal (cont.)
Após alguma manipulação da equação anterior vem:
A0 é a área do orifício
Cf é coeficiente de fluxo (toma valores entre 0.6 e 0.9, depende do Número de Reynolds e dos diâmetros do tubo e do orifício)
PACslQ f
20
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Orifício Calibrado
Exemplo de cálculo(*)
(*) - www.efonda.com (engineering foundamentals)
Dados de entrada
Pipe (inlet) diameter upstream of orifice, Di: 10cmOrifice Diameter (less than the inlet) diameter , D0: 8 cmPressure difference across the orifice, p: 10 PaFluid density, : 1.29 kg/m3
Flow Coefficient, Cf: 0.7
ResultadosVelocity at the inlet, U: 1.76 m/s Volumetric Flowrate, Q: 13.9 l/s Mass Flowrate: 0.0179 kg/s
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Orifício Calibrado
Vantagens/Limitações Fácil de construirFácil de calibrarBarato Reguer algum cuidado no acabamento do orifício
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Venturi
Cálculo de caudal
Para escoamento subsónico Fuido incompressível
Aplicando a equação de Bernoulli entre os pontos a e b a equação resultante será semelhante à obtida para o Orifício Calibrado:
22
21
21
abba UUPPP
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Venturi Cálculo de caudal (cont.)
Após alguma manipulação equação resultante será:
C é o coeficiente de descarga que depende do Número de Reynolds do escoamento. Tipicamente C toma valores entre 0.90 e 0.98
1
22
b
a
a
AA
APCslQ
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Venturi
Venturi – Exemplo de cálculo
Dados de entrada
Pipe diameter upstream of venturi, Da: 10 cmDiameter of venturi neck, Db: 7 cmPressure difference measured by venturi, p : 10 PaFluid density, : 1.29 kg/m3
Discharge Coefficient, C(*): 0.99
ResultadosVelocity at A, V: 2.21 m/s Volume Flowrate, Q: 17.0 l/s Mass Flowrate: 0.0220 kg/s
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Rotâmetro
Existem no mercado vários tipos de rotâmetros para diversos tipos de aplicação
São fáceis de instalar Permitem leitura fácil com boa precisão Para fluidos diferentes da água ou do ar é necessário fazer conversão:
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Rotâmetro
Líquidos
Rotâmetro de precisão
Gases
hl
1.ρρfρ1ρfqq
11
1vOHv 12
hmdffqqb
nnvairnv
3
1.293.1)()(
1
in
out
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Rotâmetro
• Parâmetros usados na correcção:
• qv (H2O)- caudal volúmico da água • qv1 – caudal volúmico do fluido)• (qv1)n- caudal volúmico do gás em (m3/s)• ρf- densidade do flutuador• ρ1- densidade do fluido em operação
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Medidores Directos
Medem através do impacto do fluido
• Caudalímetro tipo hélice/turbina
• Anemómetro de turbina
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Medidores Especiais
Exemplos:
Caudalímetro Electromagnético
Caudalímetro Ultrassónico
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Medidores Especiais
Caudalímetro Electromagnético
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Medidores Especiais
Medidor Ultrasónico
Vantagens/Limitação
Portátil e fácil de instalar
Pode ser alimentado a bateria
Requer acesso à conduta
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Limitação de utilização dos equipamentos
Fora da gama de utilização os equipamentos funcionam de forma deficiente
Limites de utilização (valores de referências)
Equipamento Velocidade (m/s)Anemómetro de turbina ou de pás 0.5 a 15?Anemómetro de fio quente 0.005 a 5Tubo de Pitot 0.5 a 50Rotâmetro 0.01 a 5Medidor ultrassónico 0.1 a 10
Medidor (electromagnético) de Coriolis 0.1 a 10Medidor electromagnético (de indução) 0.1 a 10Medidor por vórtice (de von Karman) 1.7 a 75
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REFERÊNCIAS
1- http://www.omega.com2- http://www.contimetra.com/3- http://www.efunda.com/4- http://www.contimetra.com/5- http://www.yokogawa.es