PROCADUFPB/UFBA/UFMA/UFPA
Introdução a Instrumentação Biomédica
TRANSDUTORES DE FLUXO
MEDIÇÃO DE FLUXO ÍNDICE1- FLUXO
Tipos, Número de Reynolds, Densidade, Viscosidade
2- TRANSDUTORES DE FLUXOPressão Diferencial -
Obstrução - Tubo Pitot
Área Variável - Rotâmetro Velocidade - Turbina Deslocamento Positivo - Rotor
MEDIÇÃO DE FLUXO ÍNDICE
Vórtices - VortexTensão Induzida - EletromagnéticoTemperatura - Fio QuenteUltra-som - Efeito DopplerVelocímetro Laser - Efeito Doppler
TRANSDUTORES DE FLUXO
São sensores para medição de vazão. Q (m3/s) = V (m/s) . A (m2)
TRANSDUTORES DE FLUXO
Dispositivos desenvolvidos para determinar a medição de fluxo utilizando outras variáveis relacionadas fisicamente com a vazão, como: Velocidade de escoamento do fluido líquido (água, sangue) ou gasoso (ar, oxigênio). Diferença de pressão Variação de energia
FLUXO
LAMINAR – quando o fluido se move através de condutos uniformes (tubos retos com pouco atrito interno) a velocidades muito baixas, o movimento das partículas individuais é formado por linhas paralelas às paredes do conduto.
FLUXOSLAMINAR NÃO UNIFORME TURBULENTO
FLUXO
TURBULENTO – quando o aumento do fluxo faz o movimento das partículas tornar-se mais aleatório e irregular, caracterizado por vórtices locais e um grande aumento na resistência ao escoamento.
FLUXO
REYNOLDS - Número adimensional que determina o regime de escoamento do fluido. NR = D Vm /
densidade do fluidoD diâmetro interno do tubo
Vm velocidade média de escoamento coeficiente de viscosidade
FLUXO
DENSIDADE – É o número de vezes que o fluido é mais pesado que igual volume de água.
Ex: O sangue é mais viscoso e mais denso que a água.
FLUXOVISCOSIDADE – É a resistência do movimento fluido ao escoamento. As forças de atrito do próprio fluido impedem as diferentes camadas de escorregar entre si.
NOS LÍQUIDOS – é inversamente proporcional à temperatura e diretamente proporcional à pressão. NOS GASES - é diretamente proporcional à temperatura e à pressão.
FLUXOVELOCIDADE MÉDIA – É a velocidade
uniforme que produziria a mesma vazão em toda a seção reta do tubo.
Experimentalmente o escoamento é: LAMINAR se NR < 2 000
TURBULENTO se NR > 3 000
INSTÁVEL se 2 000 < NR < 3 000
MEDIDORES DE PRESSÃO DIFERENCIAL
Utilizam sensores de pressão para encontrar uma diferença de pressão que determine a velocidade do fluido.
- Medidores de Obstrução
- Tubos de Pitot
MEDIDORES DE OBSTRUÇÃO
É um obstáculo colocado na passagem do fluido, causando aumento de velocidade do fluido com uma conseqüente redução da pressão.
EQUAÇÃO DE BERNOULLI - A soma da energia estática (pressão), energia cinética (velocidade) e energia potencial (elevação) se conserva para um fluido passando por uma obstrução.
EQUAÇÃO DE BERNOULLI
p1/ + V12/2g + z1 = constante
p = pressão
= viscosidadeV = velocidadeg = aceleração da gravidadez = elevação
MEDIDORES DE OBSTRUÇÃO
TUBO DE VENTURI
BOCAL DE FLUXO
PLACA DE ORIFÍCIO
MEDIDORES DE OBSTRUÇÃOT. VENTURI - pequena perda de pressão (mais
eficiente), alta exatidão, resistência à abrasão, comprimento maior (difícil instalação), alto custo
BOCAL DE FLUXO – média perda de pressão, alta exatidão, custo médio, resistência à abrasão, comprimento menor
PLACA DE ORIFÍCIO – grande perda da ordem de 30 a 40% da pressão diferencial, menor exatidão, mais abrasivo, comprimento menor (melhor instalação), baixo custo
MEDIDORES DE OBSTRUÇÃODIAFRAGMA - sensor de de fluxo de ar,
projetado para ar filtrado a seco em ambientes médicos e instrumentos analíticos, combina características operacionais de confiabilidade e exatidão.
Sensor Honeywell
MEDIDORES DE OBSTRUÇÃOAplicações médicas típicas incluem
respiradores, ventiladores, concentradores de oxigênio, conservadores, monitores de apnéia, nebulizadores, equipamento de CPAP (pressão de ar positiva e contínua), autoclaves. Compatível com grande variedade de gases anestésicos.
Fluxômetro SpiroMaster
MEDIDORES DE PRESSÃO DIFERENCIAL
TUBO DE PITOT
MEDIDORES DE PRESSÃO DIFERENCIAL
TUBO DE PITOT
Precisa ser bem centralizado no conduto
MEDIDORES DE PRESSÃO DIFERENCIAL
TUBO DE VENTURI
MEDIDORES DE PRESSÃO DIFERENCIAL
TUBO DE VENTURI
TUBO DE VENTURI
TUBO DE VENTURI
MEDIDORES DE PRESSÃO DIFERENCIAL
TUBO DE VENTURI
MEDIDOR DE ÁREA VARIÁVELROTÂMETRO
É constituído por um tubo transparente com escala onde um flutuador (bóia) se move livremente.
O flutuador é mais pesado do que o fluido que o desloca.
MEDIDOR DE ÁREA VARIÁVELROTÂMETRO
O equilíbrio é atingido quando a diferença de pressão e o empuxo compensam a força gravitacional.
A posição do flutuador indica a taxa de fluxo.
MEDIDOR DE ÁREA VARIÁVELROTÂMETRO
MEDIDOR DE ÁREA VARIÁVELROTÂMETRO
MEDIDOR DE ÁREA VARIÁVELROTÂMETRO
VANTAGENSEscala uniforme de fluxoAtravés da troca do flutuador é possível mudar a capacidade de fluxoBoa aceitação de fluidos corrosivosVerificação visual da condição do fluxo
MEDIDOR DE ÁREA VARIÁVELROTÂMETRO
DESVANTAGENSSó pode ser instalado na posição verticalEm caso de fluido opaco, o flutuador não se torna visívelNão podem ser usados em líquidos que carregam grandes percentuais de sólidos em suspensãoCusto é alto para fluidos com altas temperaturas
MEDIDOR DE ÁREA VARIÁVEL
Respirador Eletrônico Newport Breeze E-150
MEDIDOR DE TURBINA
O número de voltas das lâminas da turbina por unidade de tempo é proporcional ao fluxo.
MEDIDOR DE TURBINA
Um ímã permanente é encaixado no corpo do rotor, cada vez que uma lâmina da turbina passa pelo pólo do sensor, a redução da relutância altera a permeabilidade do circuito magnético produzindo um pulso de tensão no terminal de saída.
A freqüência deste pulso é proporcional à velocidade de escoamento do fluido.
MEDIDOR DE TURBINA
Erro de cerca de 0,5% Tamanhos disponíveis
de 1/8 a 8 polegadas (cerca de 3 mm a 20 cm).
Boa resposta a transientes de fluxo, constantes de tempo da ordem de 2 a 12 ms
MEDIDOR DE TURBINA
Exatidão reduzida à taxas baixas de fluxo.
MEDIDOR DE DESLOCAMENTO POSITIVO
A passagem do fluido causa giros do rotor registrados em um contador de giros.
MEDIDOR DE DESLOCAMENTO POSITIVO
MEDIDOR DE DESLOCAMENTO POSITIVO
MEDIDOR DE VÓRTICES
Contém obstrução não-aerodinâmica perpendicular à direção do fluxo gerando vórtices ou áreas bem localizadas de baixa pressão e instabilidade.
MEDIDOR DE VÓRTICESA freqüência com que os vórtices
são criados é proporcional à velocidade do fluxo.
MEDIDOR DE VÓRTICES
MEDIDOR DE VÓRTICES
MEDIDOR ELETROMAGNÉTICO
Baseado na Lei de Indução de Faraday
e = B l v
e tensão induzida (V)B densidade de fluxo magnético
(Gauss)l comprimento do condutor (cm)v velocidade do condutor (cm/s)
MEDIDOR ELETROMAGNÉTICO
Com passagem de um fluido ligeiramente condutivo através de um campo eletromagnético (B), é gerada uma força eletromotriz (e) medida por eletrodos posicionados nas paredes do tubo.
MEDIDOR ELETROMAGNÉTICO
MEDIDOR ELETROMAGNÉTICO
MEDIDOR ELETROMAGNÉTICO
O conduto deve ser de vidro ou de algum material não condutor. Os eletrodos na superfície interna do conduto fazem contato direto com o fluido.
A tensão de saída é muito baixa, e um campo magnético alternado é usado para amplificar e eliminar problemas de polarização. Um circuito especial é necessário para separar a saída relativa ao fluxo de outros sinais.
MEDIDOR ELETROMAGNÉTICO
MEDIDOR ELETROMAGNÉTICO
MEDIDOR TÉRMICO
MEDIDOR TÉRMICOANEMÔMETRO DE FIO QUENTE
Fio fino e curto esticado entre dois suportes
MEDIDOR TÉRMICO
ANEMÔMETRO DE FIO QUENTEMétodo da corrente constante - uma corrente elétrica constante passa através do fio sensor. A variação do fluxo implica na troca da temperatura no fio, modificando sua resistência.Método da temperatura constante - um servo sistema mantém a resistência do fio constante e conseqüentemente sua temperatura. Uma mudança no fluxo resulta na mudança na corrente elétrica.
MEDIDOR TÉRMICO
MEDIDOR TÉRMICOVARIAÇÃO DO FLUXO DO FLUIDO
Quando o fluxo varia durante o tempo, a resposta do elemento fica atrasada devido à capacidade do fio de armazenar calor.
No Método da Corrente Constante a compensação deste atraso é feita por uma rede passiva de indutores e resistores ou de capacitores e resistores, ou através do uso de um transformador.
MEDIDOR TÉRMICOVARIAÇÃO DO FLUXO DO FLUIDO
No Método de Temperatura Constante a compensação é feita pelo próprio sistema básico.
MEDIDOR TÉRMICOVARIAÇÃO DO FLUXO DO FLUIDO
O elemento sensor está incorporado numa ponte de Wheatstone, cujo desbalanceamento é empregado como medida de corrente para manter a temperatura do fio.
O próprio sistema provê proteção contra a queima do fio.
Aplicação na área médica: medidas de fluxo de sangue, ar.
MEDIDOR TÉRMICOAnemômetro de fio quente na PUC-MG com filamento
de tungstênio de 4 mícrons de diâmetro.
MEDIDOR ULTRASÔNICO Sistema baseado no tempo de propagação de ondas acústicas
MEDIDOR ULTRASÔNICOSistema Doppler de onda contínua
MEDIDOR ULTRASÔNICOSistema Doppler pulsátil
MEDIDOR LASEREfeito Doppler causado em um feixe
Laser ao ser refletido por partículas em movimento
MEDIDOR LASER
Os dois feixes do laser, em sua interferência no ponto de medida, geram as franjas de Fresnell que distam entre si de "e". Medindo o tempo "T" que uma partícula de fluido percorre essa distância “e”, encontra-se a velocidade "v" do fluxo.
v = e / T = e . fOnde f é a freqüência da onda luminosa
a ser captada e medida pelo receptor.
MEDIDOR LASER
TABELA COMPARATIVA
TABELA COMPARATIVA
BIBLIOGRAFIA
Mechanical Measurements – T.G.Beckwith, N.L.Buck. Addison-Wesley Publishing Co
www.if.ufrj.br/teaching/fis2/hidrodinamicawww.lubrivila.com.br/duvitext.htmwww.ufsm.br/gef/VisLiq.htmwww4.prossiga.br/lopes/prodcien/
fisicanaescola
BIBLIOGRAFIA
www.emc.ufsc.br/labtermo/Vperda1.jpgwww.senaiformadores.com.br/Cursos/01www.foxboro.comwww.koboldusa.comwww.ce.utexas.edu/prof/KINNAS/319LABhttp://www.honeywell.com/.
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