Fenômenos de Transporte - Vazão

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Segundo Delmée (2003), os medidores de vazão atualmente em uso na indústria, de acordo com o elemento primário utilizado, podem ser divididos em geradores de pressão diferencial, elementos primários lineares, medidores de deslocamento positivo e medidores em canais abertos.

Por outro lado, Cassiolato & Alves (2008), divide os medidores de vazão, de acordo com o elemento primário utilizado em medidores indiretos do fluxo (Tubo Pitot, Tubo de Venturi, Tubo de Dall, Annubar, Placa de Orifício e Rotâmetro), medidores diretos do fluxo (Disco Nutante, Pistão Flutuante, Rodas Ovais, Tipo Hélice e Tipo Turbina) e medidores especiais (Eletromagnetismo, Vortex, Ultra-sônico, Calhas Parshall, Coriolis).

Para determinar qual instrumento de medição de vazão atenderá as condições desejada, precisa-se conhecer as peculiaridades de cada um, tendo em vista que a escolha de um medidor de vazão é influenciada pela incerteza exigida, faixa de medida, custo, complicações, facilidade de leitura ou de redução de dados e tempo de vida em serviço. O dispositivo mais simples e mais barato que forneça a exatidão desejada deve ser escolhido. (FOX; PRITCHARD; MCDONALD, 2010)

2 MEDIDORES DE VAZÃO DIRETOS

Segundo Fox, Pritchard e McDonald (2010) a maneira mais óbvia de medir vazão em um tubo, é o método direto, devido ao fato de medir simplesmente a quantidade de fluído que se acumula em um recipiente durante um período fixo de tempo. Tanques podem ser utilizados para determinar a vazão de líquidos em escoamentos permanente, pela medição do volume ou da massa coletada durante um intervalo de tempo conhecido. Se o intervalo for longo o suficiente para ser medido com incerteza pequena, as vazões poderão ser determinadas também com boa precisão.

Para Chaves (2002) o método direto consiste naqueles que, em qualquer instante, permitem saber que quantidade de fluxo passou, mas não a vazão do fluxo que está passando. Exemplos: bombas de gasolina, hidrômetros, balanças industriais, etc.

3 MEDIDORES DE VAZÃO DE RESTRIÇÃO PARA ESCOAMENTOS INTERNOS

Fox, Pritchard e McDonald (2010), consideram que a maioria dos medidores de restrição para escoamentos internos, baseiam-se no princípio da aceleração de uma corrente que flui através de alguma forma de bocal. A ideia é que a variação na velocidade leva a uma variação de pressão que pode ser medida com a utilização de um medidor de pressão diferencial ou de um manômetro, e a vazão inferida a partir de uma análise teórica ou de uma correlação experimental para o dispositivo.

3.1 PLACA DE ORIFÍCIO

A placa de orifício consiste em uma placa fina montada entre flanges de uma tubulação. Como sua geometria é simples, seu custo é baixo e a instalação é fácil. A placa de orifício de bordas não sofre os efeitos de escalas nem de materiais em suspensão. Contudo, material em suspensão pode obstruir, pela face montante, o orifício concêntrico de um tubo horizontal. As principais desvantagens das placas de orifício são a capacidade limitada e a elevada perda de carga devida à expansão da veia líquida do elemento medidor (FOX; PRITCHARD; MCDONALD, 2010).

Para Ribeiro (1997) a placa de orifício consiste de uma pequena chapa de espessura fina, circular, plana, com um furo com cantos vivos (chanfros). A posição, o formato e o diâmetro do furo são matematicamente estabelecidos. O desempenho da placa depende criticamente da espessura e da planura da placa e do formato dos cantos de furo central. O desgaste do canto do furo, a deposição de sujeira no canto ou na superfície da placa e a curvatura na placa podem provocar erros grosseiros na medição da vazão. As dimensões de uma placa de orifício padrão podem ser determinadas através da norma ISO 5167, 1991.

As tomadas da pressão diferencial associadas com a placa de orifício podem ser de cinco tipos básicos: tipo flange, tipo canto, tipo raio, tipo vena contracta e tipo tubo. A placa de orifício gera a pressão diferencial proporcional ao quadrado da vazão medida. Os instrumentos mais usados para medir a pressão diferencial são: o transmissor de vazão e o diafragma. As vantagens de se usar a placa de orifício como medida de vazão são: econômica e de fácil instalação, construção, manutenção e troca simples, e como desvantagens tem-se alta perda de carga e baixa rangeabilidade (SENAI, 1999).

3.2 BOCAL MEDIDOR

O bocal medidor (flow nozzle) possui uma entrada elíptica (ASME) ou circular radial (ISA) e é geralmente usado e selecionado para medição de vazão de vapor operando em grandes velocidades (30m/s). Por causa de sua rigidez, ele é dimensionalmente mais estável em maiores temperaturas e velocidades, do que a placa de orifício. A perda de carga permanente é levemente menor que a da placa e maior que a do tubo venturi. O custo é maior que o da placa e menor que o do tubo venturi. (SENAI, 1999).

Elementos com novos formatos foram desenvolvidos para produzir grandes pressões diferenciais e com pequena perda de carga permanente, pequeno peso e comprimento curto. (SENAI, 1999).

Nos medidores de bocal, a placa é substituída por um bocal e, portanto, o escoamento no bocal é aerodinâmico. Como resultado, a seção de contração é praticamente eliminada, e a perda de carga é pequena. Entretanto, os medidores de bocal de escoamento são mais caros do que os medidores de orifício (ÇENGEL & CIMBALA ,2007).

3.3 TUBO DE VENTURI

O tubo de venturi constitui-se em um dos métodos mais utilizados para a medição de vazão em tubos, podendo ser mais preciso em relação a orifícios e bocais, por apresentar menor perda de carga, devido à sua recuperação de pressão. Outra característica desse medidor é que são autolimpantes, impedindo a acumulação de partículas sólidas, podendo medir a vazão de fluidos com grande quantidade de sedimentos (FOX; PRITCHARD; MCDONALD, 2010).

Geralmente o medidor é uma peça fundida, constituída de uma seção a montante do mesmo diâmetro que o tubo, com revestimento de bronze e um anel piezométrico para medir a pressão estática, de uma seção cônica convergente, de uma garganta cilíndrica revestida de bronze contendo um anel piezométrico e de uma seção cônica gradualmente divergente que leva a uma seção cilíndrica com a medida do tubo (Streeter; Wylie, 1982).

Os dois tipos de tubo venturi mais utilizados são: o clássico (longo e curto) e o retangular. No clássico tipo longo o difusor