Post on 30-Jun-2018
VAZÃO
Prof. Leandro Morais
Vazão
Definição de Vazão
- É a quantidade de líquido, gás ou sólido que
passa por um determinado local por unidade
de tempo.
- Quantidade medida em volume (m³) ou massa
(kg)
Tipos de Processos
- Processo Contínuo:
Envolve variáveis contínuas no tempo. A
produção é medida em toneladas ou em metros
cúbicos. Exemplos: indústrias petrolíferas, químicas, petroquímicas, papel e celulose,
cimenteira, metalúrgica, de tratamento de água, geração e distribuição de
energia elétrica, entre outras.
- Processo Discreto:
Envolve de maneira mais significativa variáveis
discretas no tempo. A produção é medida em
unidades produzidas. Exemplos: Indústria automobilística e fábricas em geral.
Tipos de Vazão
Vazão Volumétrica
Vazão Mássica
Vazão Gravitacional
Definição de Vazão
Q = Vazão volumétrica (m³/s)
V = Volume (m³)
T = Tempo (s)
𝑄𝑣 =𝑉
𝑡
Definição de Vazão
Q = Vazão mássica (kg/s)
M = Massa (kg)
T = Tempo (s)
𝑄𝑚 =𝑀
𝑡
Definição de Vazão
Q = Vazão gravitacional (kgf/s)
W = Peso (kgf)
T = Tempo (s)
𝑄ρ =𝑊
𝑡
Condições de Medição
- Ao realizar a medição é importante
indicar as condições de operação de
temperatura e pressão (CNTP):
Temperatura: 0°C / 15°C / 20°C
Pressão: Ao nível do mar / Ambiente
Vazão
- Grandeza física representada por:
Valor Numérico Unidade
- Unidades: m³/s (metro cúbico por segundo)
l/min (litros por minuto)
galões/min
kg/h (quilograma por hora)
Conceitos
- Fluido:
- Matéria cuja forma pode ser mudada e é
capaz de se deslocar.
- Escoamento:
- Ato de um fluido se deslocar.
- Perda de Carga:
- Queda de pressão sofrida por um fluido
em uma tubulação.
Perda de Carga
Conceitos
- Montante: que se situa antes do referencial
- Jusante: que se situa depois do referencial.
Viscosidade
- Relacionada ao grau de resistência ao
escoamento de um fluido em um duto qualquer.
- Quanto maior a viscosidade, menor será a
velocidade.
Viscosidade
Fluido de alta viscosidade
Fluido de baixa viscosidade
Escoamento
- Regime laminar:
Escoamento laminar (uniforme) sem
passagem de partículas para outras
camadas.
Escoamento
- Regime turbulento:
Escoamento desordenado das partículas
com oscilações de velocidade e pressão.
Escoamento
- Número de Reynolds:
Número utilizado para determinar o tipo de
escoamento.
Re = Número de Reynolds
V = Velocidade (m/s)
D = Diâmetro (m)
ʋ = Viscosidade Cinemática (m²/s)
- Regime turbulento : Re > 2.320
- Nas medições de vazão na indústria, o
regime de escoamento é na maioria
turbulento com Re > 5.000.
𝑅𝑒 =𝑉. 𝐷
ʋ
Escoamento
Escoamento
- Durante o escoamento em um duto,
a velocidade será máxima no ponto
central do duto e mínima na parede
do duto.
Tipos de Medidores
Existem 3 tipos fundamentais de
medidores de vazão:
1) Indiretos
2) Diretos
3) Especiais
Tipos de Medidores
1) Medidores Indiretos: Utilizam fenômenos
relacionados à quantidade de fluido passante.
a) Perda de Carga Variável (Área constante)
- Tubo de Pitot
- Tubo de Venturi
- Annubar
- Placa de Orifício
b) Área Variável (Perda de Carga constante)
- Rotâmetro
Tipos de Medidores
2) Medidores diretos: volume do fluido passante.
a) Deslocamento positivo do fluido:
- Disco Nutante
- Pistão Flutuante
- Rodas Ovais
b) Velocidade pelo impacto do fluido:
- Tipo Hélice
- Tipo Turbina
Tipos de Medidores
3) Medidores especiais:
- Eletromagnetismo
- Vortex
- Ultrassônico
- Calhas Parshall
- Vertedor
Tubo de Pitot
- Realiza a medição da vazão através do
diferencial de pressão.
Tubo de Pitot
Conforme o avião aumenta sua velocidade a pressão na ponta do tubo, marcada de vermelho (Pt), aumenta e empurra a coluna de água provocando a diferença de altura “h” observada
Se o avião estiver em repouso, não haverá o ar empurrando a coluna dágua e consequentemente não haverá aquele “h”.
Do outro lado a coluna dágua (ou de um líquido com densidade conhecida) é empurrada pela pressão estática, ou pressão ambiente, que é captada por aquela simples abertura adjacente ao fluxo de ar, na figura é chamada de “porta de entrada para pressão estática (Po)”.
Lei de Venturi “Os fluidos sob pressão, na passagem através de
tubos convergentes; ganham velocidade e perdem
pressão, ocorrendo o oposto em tubos
divergentes”.
Tubo de Venturi
- Estreitamento da seção a fim de acelerar o
fluido e diminuir sua pressão estática.
Um manômetro que contém um líquido de
densidade ρL conecta a parte mais larga à parte
mais estreita
Tubo de Venturi
- O cálculo é baseado na equação de Bernoulli:
Placa de Orifício
- Chapa metálica instalada a fim de obter a
máxima pressão diferencial.
Placa de Orifício
Venturi X Orifício
- Tubo de Venturi permite a medição de
vazão em grandes tubulações, mínimo
acúmulo de sedimentos.
- Placa de Orifício é mais simples, mais
barata, apresenta facilidade de troca,
pequena dimensão.
Tipo Turbina
- Movimento das palhetas é proporcional à
vazão do fluido.
Tipo Turbina
Disco Nutante
- Entrada do fluido se dá por cima do disco,
provocando a nutação (movimento) do
mesmo.
Disco Nutante
- Esses medidores são muito baratos e bem
precisos (2% a 1% do fundo de escala), mas a
vazão mensurável está limitada a 10 l/s. Usados
somente para líquidos.
Medidor Especial
Medição de Vazão por Eletromagnetismo
- O princípio de funcionamento é baseado na lei de
Faraday: “ Quando um condutor se move dentro de um
campo magnético, é produzida uma força eletromotriz (fem)
proporcional à sua velocidade.”
Medidor Especial
Medição de Vazão por Eletromagnetismo
- As medições por meios de instrumentos magnéticos são
independentes de propriedades do fluido, tais como a
densidade, a viscosidade, a pressão, a temperatura.
- O única exigência é que o fluido a ser medido seja
condutor de eletricidade.
Medidor Especial
Vertedores
- Medição de vazão em canais abertos.
- A vazão é calculada medindo-se a altura da superfície de
fluidos a montante.
Medidor Especial
Vertedores
- Utilizada nas medição de vazão em canais abertos.
- A equação da vazão é dada pela fórmula:
𝑄 = 1,838 . √𝐻³
Medidor Especial
Vertedores
- Quando o Vertedor não ocupa toda a largura do canal,
aparecem contrações laterais, sendo assim necessário
considerá-la para o cálculo da vazão:
𝑄 = 1,838 . 𝐵 − 0,2 . 𝐻 . √𝐻³
Bibliografia
• PETROBRAS. Instrumentação Aplicada. Programa de Formação de
Operadores de Produção e Refino de Petróleo e Gás. Rio de Janeiro,
2003.
• SENAI. Instrumentação Básica II: Vazão, Temperatura e Analítica.
Programa de Certificação do Pessoal de Manutenção. Senai – ES, 1999.
• Soisson, Harold. Instrumentação Industrial. Editora Hemus, 2002.
• Bega, Egídio. Instrumentação Industrial. 3ª Edição. Editora Interciência,
2011.