Medição de Vazão
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Medição de Vazão. Define-se vazão com sendo a quantidade volumétrica, mássica ou gravitacional de um fluido que passa através de uma seção de uma tubulação ou canal por unidade de tempo. Conceitos Físicos Básicos. 1- Calor Específico

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Medição de Vazão

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Presentation Transcript


Medi o de vaz o

Medição de Vazão

  • Define-se vazão com sendo a quantidade volumétrica, mássica ou gravitacional de um fluido que passa através de uma seção de uma tubulação ou canal por unidade de tempo.


Conceitos f sicos b sicos

Conceitos Físicos Básicos

  • 1- Calor Específico

  • -Quociente da quantidade infinitesimal de calor fornecido a uma

  • unidade de massa de uma substancia pela variação infinitesimal

  • de temperatura resultante deste aquecimento.

  • 2- Relação do Calor específico ( k)

  • É a relação do calor específico de um volume constante e o calor

  • específico da pressão constante.

  • K= Cp/ Cv

  • Cv;Cp - J/Kg.k


Medi o de vaz o

  • 3- Viscosidade

  • - Resistência ao escoamento de um fluido em um duto qualquer

  • 3-1 Viscosidade absoluta ou dinâmica

  • -atrito interno em um fluido, que se opõe ao movimento relativo de suas moleculas e ao movimento de corpos sólidos que nele estejam

  • 3-2 Viscosidade cinemática

  • Relação entre a viscosidade absoluta e a massa específica de um fluido tomados à mesma temperatura.


Medi o de vaz o

  • 4-Tipos de escoamento

  • - Laminar

  • - Turbulento

  • 5- Número de Reynolds

  • - Determina o tipo de escoamento de um fluido em um duto ( turbulento ou laminar)


Medi o de vaz o

REGIME LAMINAR

REGIME TURBULENTO


Tubo de pitot

Tubo de Pitot


Annubar

Annubar


Tubo venturi

Tubo Venturi

  • “ Os fluido sob pressão, na passagem através de tubos convergentes ganham velocidade e perdem pressão , ocorrendo o oposto em tubos divergentes”


Placa de orif cio

Placa de orifício


Tipos de placas de orificio orificio concentrico

Tipos de placas de orificio - Orificio concentrico


Orificio exc ntricos

- Orificio Excêntricos


Orif cio segmental

- Orifício Segmental


Tomada de impulso em placa de orif cio tomada de flange

- Tomada de impulso em placa de orifício - tomada de Flange


Tomada de vena contracta

- Tomada de Vena Contracta


Tomada de tubula o

- Tomada de Tubulação


Tomada de canto

- Tomada de Canto


Dimensionamento de placas

Dimensionamento de placas

  • Os seguintes pontos devem ser analisados:

  • A - características do fluido

  • A1 - impurezas ou materiais em suspensão

  • A2 - viscosidade

  • A3 - característica erosiva

  • A4 - possibilidade de incrustação

  • B - características de processo

  • B1 - perda de carga possível

  • B2 - pressão diferencial disponível

  • C - características da instalação

  • C1 - disponibilidade de trecho reto

  • C2 - forma da canalização (tamanho, forma)

  • D - outras

  • D1 - precisão necessária

  • D2 - considerações econômicas

  • D3 - necessidade de instalação em carga


Formas de c lculo

Formas de Cálculo

  • Dados de Entrada

  • Vazão máxima (QL)

  • Parâmetro do fluido (P, T, etc.)

  • Características geométricas (D, etc.)

  • Pressão diferencial (p)

  • Valor Calculado >  d


Formas de c lculo1

Formas de Cálculo

  • Dados de Entrada

  • d 

  • Vazão máxima (QL)

  • Parâmetro do fluido (P, T, etc.)

  • Características geométricas (D, etc.)

  • Valor Calculado > Pressão diferencial (p)


Formas de c lculo2

Formas de Cálculo

  • Dados de Entrada

  • d 

  • Parâmetro do fluido (P, T, etc.)

  • Características geométricas (D, etc.)

  • Pressão diferencial (p)

  • Valor Calculado > Vazão máxima (QL)


Formula de c lculo de placa para l quidos

Onde:

N=0,012522- Número para adequação de unidade

QL = m3/h - vazão máxima de leitura

L = kgf/m3- peso específico

D = mm- diâmetro da linha

 P = mmH2O - valor da pressão diferencial correspondente ao máximo valor do transmissor

Formula de cálculo de placa para líquidos


Formula de c lculo de placa para l quidos n mero de reynold

Onde:

QUL = m3/h

L = kgf/m3

 = cst

D = mm

Formula de cálculo de placa para Líquidos- Número de Reynold


Medi o de vaz o

Escolha da pressão diferencial e da relação Beta1- Na prática recomenda-se o valor de beta entre os valores de 0,5 a 0,7 2- Valores de pressão diferencial utilizados em Siderurgia


Transmissor de vaz o por press o diferencial

Transmissor de Vazão por Pressão Diferencial

  • Os transmissores de vazão por pressão diferencial se baseiam nos mesmos princípios físicos utilizados na tecnologia de medição de pressão. Assim, são utilizados os tipos piezoelétrico; strain-gauge, célula capacitiva,Silício Ressonante etc..., para medir a pressão diferencial imposta por um elemento deprimogenio cuidadosamente calculado para permitir a obtenção da faixa de vazão que passa por um duto . Como a pressão diferencial é relativamente baixa, as faixas de medição destes transmissores são expressas normalmente em mmH2O, kPa ou polH2O.


Rela o entre p e vaz o

Relação entre p e Vazão


Aplica es do transmissor de press o

Aplicações do transmissor de Pressão


Desempenho do elemento sensor

Itens a serem Compensados

Histerese

Não Linearidade

Temperatura

Pressão Estática

Analógico Digital

x

x

: Pode ser compensado com Precisão

: Pode ser compensado

X : Não pode ser compensado

Desempenho do Elemento Sensor

Baixa Histerese é a característica mais desejável em um Sensor

Histerese do Elemento Sensor

Elemento Sensor

Metal Silicio

Grande Histerese

Sem Histerese


Capacidade multi sensora do ft

Capacidade Multi-Sensora do FT

Diagnóstico

Temperatura do Circuito

Transistor

Temperatura da Capsula

Pressão Estática

Sensor semicondutor

Pressão Diferencial


Medi o de vaz o de gases

X

FT

FT

Medição de Vazão de Gases

Evitar pontos baixos

Válvulas de Bloqueio

TRANSMISSOR

Plugs

Válvulas de Vent

Manifold 3-vias

Tomadas na posição superior para aplicação em Gases

Manifold 3-vias

Válvulas de Bloqueio

Válvulas de Dreno

Plugs

Orifício

TRANSMISSOR


Medi o de vaz o de l quidos

X

FT

Medição de Vazão de Líquidos

Evitar pontos altos

TRANSMISSOR

Orifício

Plugs

Válvulas de Vent

FT

Válvulas de Bloqueio

Manifold 3-vias

Tomadas na posição inferior para aplicação em Líquidos

Válvulas de Dreno

Plugs

TRANSMISSOR

Válvulas de Bolqueio


Medi o de vaz o de vapor

Medição de Vazão de Vapor

Válvulas de Bloqueio

Orificío

Pote de Condensado

Tomadas na posição superior para aplicação em Vapor

Manifold 3-vias

Válvulas de Dreno

Plugs

FT

TRANSMISSOR


Terminal port til

RELATÓRIO

DATA:

NOME:

Terminal Portátil

F1 F2 F3 F4

Operação On Line sem perturbação da malha de controle

ENTER


Medi o de vaz o

Medidores por área variávelRotâmetros


Referencia para leitura de vaz o com rot metro

Referencia para leitura de Vazão com Rotâmetro


Instala o de rot metros

Instalação de Rotâmetros


Disco nut nte

Disco Nutânte


Medidores por velocidade de impacto do fluido

Medidores por Velocidade de Impacto do Fluido


Medidor tipo turbina

Medidor Tipo Turbina


Medidores tipo eletro magn tico

Medidores Tipo Eletro-magnético


Magnetic flowmeters principio de opera o

Magnetic FlowmetersPrincipio de Operação

Força Eletro-Motiva (E)

Eletrodos

Tubulação (D)

Campo Magnético (B)

Alimentação AC ou DC

E = B * V * D

Velocidade do Fluido (V)

Corrente de Excitação

4


Fluidos medidos pelos magnetic flowmeter

Líquidos Condutivos

Gas

Vapor

Líquidos Isolantes

Fluidos medidos pelos Magnetic Flowmeter


Rela o entre excita o e sinal de vaz o

Relação entre Excitação e Sinal de Vazão

Excitação AC

Excitação por Dual Frequência

Excitação Pulso DC

Forma de onda da Excitação

Forma de onda do sinal de vazão

BaixaVazão

Alta Vazão


Magnetic flowmeters principio de opera o1

Pulsed DC Excitation

AC Powered Excitation

Lama

Ruidos

Estabilidade

de Zero

O

O

Estabilidade

de Zero

Lama

Ruidos

Bom

Bom

Ruim

Ruim

X

X

MAGNETIC FLOWMETERS Principio de Operação

Dupla Frequência de Excitação

Lama

Ruidos

Estabilidade

de Zero

O

O

Bom

Bom


Linearizadores de fluidos

Linearizadores de fluidos


Medi o de vaz o

Medidores vazão mássica


Medi o de vaz o

M

wall A

V fluid velocity

path B

W angular velocity

Efeito de CORIOLIS

  • Mass M, moving from the centre to the edge

  • of a rotating plate will take pathB

  • If mass M is guided by wall A,

  • a Coriolis Force will be exerted on the wall.

Coriolis Force : Fc = - 2MVxW


Medi o de vaz o

Efeito de CORIOLIS

v fluid velocity

w angular velocity

deflection

Fluid flowing in a rotating elastic tube deflects the tube.


Medi o de vaz o

PRINCIPIO DE OPERAÇÃO

No Flow :

Parallel Vibration

Mass Flow :

Coriolis Twist


Medi o de vaz o

CONSTRUÇÃO do SENSOR de VAZÃO

Excitation Driver

Secondary Containment

A

Choice of flange sizes

Coriolis Twist Detection

Temperature sensor

Inner Box

Outer Box

A

Section A - A


Medi o de vaz o

Equações matemáticas

Equação da Vazão:

M=Mass flow rate

Ac=Amplitude of coriolis oscillation

Ae=Amplitude of excitation oscillation

Sk=Sensor constant (calibration constant)

=Sk(20°C) (1+Skt x (T-20°C)) temperature correction

Sk(20°C)=Sensor constant at 20°C

fv=Excitation frequency

Skt=temperature correction coefficient (material constant)


Medi o de vaz o

Equações matemáticas

Equação densidade:

withr=densityfl(20)=exciting frequency of the empty tubes at 20°Cfv(20)=exciting frequency of the filled tubes at 20°C KD=density calibration constantfv(20)=fv / (1+FKT (T - 20 °C)) temperature correction of the actual frequencyFKT=temperature correction coefficient, depending on material and size


Medi o de vaz o

Medidores vazão por ultra som


Principio b sico do ultrasonic flowmeter

Transit-time

d

Principio Básico do Ultrasonic flowmeter

  • Tecnologia por Tempo de trânsito

    • Baseado na medição do tempo (diferença)

    • Larga área de aplicação

      • Liquidos, gases and Vapor - medidores não são universais

      • Instalação tipo Clamp-on, spool-piece e wetted

      • Performance muito boa

  • Tecnologia por efeito Doppler

    • Basedo na medição da atenuação da frequência

    • Limitada área de aplicação

      • Somente paraLiquidos com particulas em suspensão (ou bolhas de ar)

      • Somente instalação tipo Clamp-on

    • Performance moderada


Tipos de ultrasonic flowmeter

Medidores Ultrasonic Flow

Clamp-on flowmeters

In-line flowmeters

Dual beam spool piece liquid or gas flowmeter

Single beam Weld-in liquid flowmeter

Single beam Clamp-on liquid flowmeter

5-beam custody transfer spool piece gas flowmeter

US300

Transit-time

Transit-time

Clean liquids

or

Gas

Doppler

Clean liquids

and

High Pressure Gas

Clean liquids

or

Gas

Dirty liquids

and

Aerated liquids

Clean liquids

or

Gas

Weld-in

Spool piece

Single or Dual

Beam

Single or Dual

Beam

Multi-beam

(Custody transfer)

Make Endress+Hauser

Make Krohne

Make Yokogawa

Make Instromet

Tipos de Ultrasonic flowmeter

Transducers are non-intrusive

Transducers are either intrusive (“wetted”) or non-intrusive


The transit time principle

Dt

St

The “Transit-time” principle

Dt

t

t


Como funciona o transdutor

Piezo cristal é exitado

Por aplicação de Tensão

Frequência de Exitação

1 Mhz (type C & D transducers)

4 Mhz (type B transducers)

Alta frequencia, Alta resolução

Alta frequencia, Alta atenuação (damping)

Baixa frequencia para grandes tubulações, Alta frequência para pequenas tubulações

Piezo-electric crystal

Shape of sound pulse

Como funciona o transdutor


Limita o da tecnologia tempo de transito

O O O O O O O O O O O O O O

d

Air bubble or particle

Limitação da tecnologia Tempo de Transito

  • “Visibilidade” Sonica entre os transdutores é mandatoria

  • Entrada de ar ou solidos em suspensão ira dificultar ou inviabilizar medição

  • Limite de aplicação depende de

    • Taxa de amostragem

    • Processamento do Sinal


Tecnologia por efeito doppler

Principio “Doppler” :

Onda Sonora é transmitida

Particulas refletem a onda

Ocorre mudança de Frequência

Pontos fortes:

Medição Não-intrusiva

Liquidos devem conter particulas

Interessantes para medição de pastas

Pontos fracos:

Baixa Performance

Performance depende do % solidos

Transmitted sound wave

Received sound wave

Flow velocity ~ difference in frequency

.

d

Solid particle

Tecnologia por efeito Doppler


Transit time versus doppler technology

Transit-time versus Doppler technology

  • Transit-time - 70%

    • Based on the measurement of time (difference)

    • Wide area of application; good performance

      • Liquids, gases and steam - meters are not universal

      • Clamp-on, spool-piece and wetted-sensor type of meters

  • Doppler - 8%

    • Based on the measurement of frequency shift

    • Limited area of application; moderate performance

      • Liquids with particles (air bubbles) only - pastes

      • Clamp-on type meters only

  • Others - 22%

    • Open-channel and hybrid technologies


Medi o de vaz o

Medidor tipo Vortex


Princ pio de opera o

PRINCÍPIO DE OPERAÇÃO

  • Brisa Leve

  • Fluxo Laminar

  • Não há formação de

  • vórtices

  • Brisa média

  • Fluxo de transição

  • Formação irregular

  • de vórtices

  • Vento forte

  • Fluxo turbulento

  • Formação regular de vórtices


Princ pio de opera o1

Princípio de Operação

Fluxo laminar,

vortices não são formados.

NReynolds = 0 a 5.000

Fluxo de transição,

formação de vórtices irregular.

NReynolds = 5.000 a 20.000

Fuxo turbulento,

formação regular de vórtices.

NReynolds = >20.000


Princ pio de opera o2

PRINCÍPIO DE OPERAÇÃO

  • Vórticesgerados continuamente

  • Alternam-se de um lado para o outro

  • A freqüencia de geração dos vórtices é proporcional à velocidade


Princ pio de opera o3

Mountain Top

Vortices

Princípio de Operação

A formação de Vortex em nuvens se movendo e chocando no topo de uma montanha é um exemplo de um fenômeno natural de formação de vórtices.


Princ pio de opera o4

Princípio de Operação

Flow

O fluxo quando encontra o “Shedder Bar” se divide, e devido ao formato do anteparo ocorre a formação dos vórtices. Através do anteparo, os vortices criam um diferencial de pressão alternado. O anteparo é fisicamente estressado em direção ao lado de baixa pressão do anteparo. A direção da força alterna a frequência de formação dos vórtices.

Um cristal piezoelétrico converte um stress mecânico em um pulso elétrico. Esse sinal é convertido em uma saída analógica de 4 a 20 mA ou uma saída de pulsos. Os cristais são hermeticamente selados e não entram em contato com o fluido do processo.

Flow

Crystal A

Crystal B

L

H

Force


Princ pio de opera o5

Princípio de Operação

A frequência dos vórtices “f” é proporcional a velocidade “v” do fluido. E desta maneira é possível obter a taxa de fluxo através da fórmula:

f = St (v/d)

onde: f = frequência dos vórtices

St = número de Strouhal (constante)

v = Velocidade

d = espessura do shedder (constante)


O que o n mero de strouhal

l

O que é o número de Strouhal?

O número de Strouhal é a relação entre o intervalo de formação dos vórtices e a espessura do shedder.

St = d / l


Medidor de vaz o vortex

Medidor de Vazão Vortex


Medidor vortex digital com sensor de temperatura incorporado

Medidor Vortex Digital com sensor de temperatura incorporado

Sensor de Temperatura (Pt1000、Classe A)


Mecanismo para medi o de vapor saturado

Mecanismo para medição de vapor saturado

Vazão Mássica(Qm)=Vazão Volumétrica(Qv)×Densidade(ρ)

Calculada pela frequência do vortex

(f=St・v/d)

Cálculo da vazão mássica

Curva de vapor saturado

Cálculo da densidade

Medição de temperatura


Medidor vortex ultra s nico

MEDIDOR VORTEX ULTRA-SÔNICO


Princ pio de medi o

Princípio de Medição

Conta a frequência dos vórtices por ultra-som

Sensor não molhado

Transmissor

T

T

R

Receptor

R


Princ pio de detec o

Desaceleração da

Velocidade do Som

Transmissor (T)

Princípio de Detecção

Aceleração da

Velocidade do Som

Velocidade do Fluido

Transmissor (T)

Vórtice

Receptor (R)

Receptor (R)


Curva de sa da x vaz o

Curva de Saída x Vazão

S

I

NA

L

DE

S

A

Í

D

A

20 mA

Linear com a vazão

4 mA

QMAX

QMIN

Q=0

VAZÃO


Aplica es do vortex

Aplicações do VORTEX

  • Melhores Aplicações

    • Fluidos limpos de baixa viscosidade (< 3cp)

    • Vapor e gás

    • Hidrocarbonetos de baixa viscosidade

    • Água, químicos muito pouco corrosivos

  • Aplicações a Serem Estudadas

    • Líquidos de média viscosidade (< 7cp)

    • Químicos levemente corrosivos

    • Lamas de baixa concentração ( menos de 1%)


Alguns sensores t picos

Alguns Sensores Típicos


Medi o de vaz o

Requisitos para Medição de Vapor

Aberta

Vapor

Fechada

Vácuo

Condensado

O “shedder” deve

ser resistente

O condensado atinge o“shedder” com força

Aberta


Medi o de vaz o de vapor1

Medição de Vazão de Vapor

Válv. de Bloqueio

Pote de Condensado

Placa

YEWFLO

A posição da tomada de impulso é normalmente voltada para cima

Manifold de 3 Vias

Válvula Dreno

TX

Plugue

TRANSMISSOR


Medi o de vaz o

Trechos Retos de Tubulação

Tomadas de Pressão e de Temperatura

Computador

de Vazão

Transmissor de Temperatura

Transmissorde Pressão

2 à 7D

1 à 2D


Trechos retos para manter a precis o

10 D

Expansão

10D

Redução

30-50D

10D

5D

10D

1 - Trecho Reto de Tubulação à Montante

Trechos Retos para Manter a Precisão

Curva

10 D

Válvula de Controle

Válvula Gaveta Totalm. Aberta


Medi o de vaz o

Recomendações de Instalação do

vortex para Medição de Líquidos

Líquidos Contendo Bolhas

Correto

Errado

Correto

Errado


Instala o para manter o vortex cheio com o l quido de processo

Instalação para Manter o Vortex Cheio com o Líquido de Processo

Correto

Correto

Correto

Errado


Instala o para manter o vortex cheio com o l quido de processo1

Instalação Para Manter o Vortex Cheio com o Líquido de Processo

2. Instalação com válvula

(Errado)

Válvula de bloqueio

(Correto)

Sentido do Fluxo

Válvula de bloqueio


Medi o de vaz o

Errado

Correto

Recomendações de Instalação do Vortex para a Medição de Gases


Medi o de vaz o

Recomendações de Instalação do Vortex para a Medição de Gases

Aplicações Comuns

Válvula de Controle

Correto

Errado

Aplicações com Possibilidade de Fluxo Pulsante

Válvula de Controle

Errado

Correto


Escolha do vortex de tamanho ideal

Escolha do Vortex de Tamanho Ideal

Geralmente, é melhor selecionar o Vortex de diâmetro imediatamente menor que o da tubulação para aumentar a faixa de medição.

Vortex

Redução

Redução

1 tamanho menor que o da tubulação


Medi o de vaz o

Errado

Recomendações de Instalação

Correto

Errado

Errado

Correto


Medidor em canal aberto

Medidor em canal aberto


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