Medidores Ultra-sônicos

Desenvolvido para medição de vazão de líquidos limpos em tubulações fechadas sem que ocorra qualquer contato físico entre o medidor e o meio medido. A instalação do aparelho é efetuada de modo fácil e simples, uma vez que dispensa qualquer tipo de serviço na tubulação como seccionamento ou furação. Podem ser utilizados em tubulações de diferentes materiais como aço carbono, ferro fundido, aço inox e vidro, cobrindo diâmetros de até 5.000 mm. São usados em medições de água, produtos químicos agressivos, produtos farmacêuticos, gás natural, etc. Alguns fabricantes diponibilizam em duas versões: portátil e fixo. Uma desvantagem, seu preço é muito alto.
Como Funciona?
A medição é baseada no princípio de tempo de trânsito: dois transdutores que podem ser acoplados na parede externa do tubo emitem e recebem pulsos de ultra-som. O tempo de trajeto destes pulsos é analisado por um circuito eletrônico que efetua o cálculo da vazão instantânea.

Medidores Tipo Turbina

Estes medidores se empregam tanto em líquidos como gases. Atualmente este tipo de medidor está sendo bastante utilizado no mercado de gás natural. Possui um preço relativamente baixo, ampla faixa de temperatura e pressões (-200oC a 450 C, até 350 bar) e exatidão normalmente 0,25% a 1% da medida a uma viscosidade específica. Por outro lado, apresentam um alto custo de instalação e manutenção, dependem do perfil do fluxo e são sensíveis a fluídos que podem danificar o medidor.

Como funciona?

O fluído que atravessa uma turbina faz girar um rotor. A velocidade rotacional do rotor se relaciona com a velocidade do fluido. A rotação é captada por dispositivos de estado sólido (captação de relutância, indutância, capacitivos e de efeito Hall) ou por meio de sensores mecânicos (acionamentos a engrenagens ou magnéticas). Multiplicando a velocidade pela área da seção transversal da turbina obtém-se a vazão volumétrica.

Os medidores Turbina possuem um preço relativamente alto - são utilizados em grandes medições de vazão nas plantas industriais.

Medido por Deslocamento Positivo (DP)

Há muitos desenhos e modelos de medidores DP no mercado: engrenagens ovalóides, helicoidal, disco, paletas, pistão, etc. Alguns desenhos só podem ser utilizados em aplicações com líquidos, enquanto outros estão desenhados para gases. Estes medidores são adequados para fluidos viscosos, ao contrário da maioria. Possuem um preço de aquisição baixo a médio. Porém não são apropriados para pequenas vazões, seu custo de manutenção que pode ser relativamente alto, não toleram partículas em suspensão e bolhas de gás afetam muito a precisão.

Como funciona?

O medidor DP apanha um volume definido de líquido ou gás e o transporta mediante um movimento rotacional, ou oscilante através do medidor sem (teoricamente) nenhum deslizamento de fluido ao passar pelas engrenagens ou discos. Normalmente, os ímãs embebidos nos rotores geram um número fixo de pulsos para cada revolução das partes móveis. O sinal de pulsos detectados é diretamente proporcional à vazão volumétrica que atravessa o medidor.

É comum o uso de medidores DP em medições de água e gás para residencias.

Medidor Vortex

Estes medidores exploram o fenômeno conhecido como Kamann Vortex e são utilizados na medição de vazão de líquidos de baixa viscosidade, gases e vapor (saturado e superaquecido). Os medidores Vortex se caracterizam pela ausência de partes móveis em contato com o fluido, baixa perda de carga e boa exatidão.

Como funciona?

Seu funcionamento é baseado na medição de velocidade do fluído a partir da quantidade de vórtices formados quando o líquido passa por um pequeno objeto estático que cruza o interior do tubo. Um sensor localizado após este objeto (que pode ser piezoelétrico ou ultra-sônico) monitora continuamente os vórtices gerados enviando um sinal que será processado por um circuito eletrônico microprocessado. Uma vez que se conhece a secção transversal do tubo e tendo-se o valor da velocidade, a vazão pode ser determinada.

Os medidores Vortex possuem capacidade para muitas aplicações, pois são flexíveis nas medidas com liquido, gás e vapor. Como os medidores Vortex têm flexibilidade em medidas com liquido, gás e vapor, possuem potencial para muitas aplicações. Contudo, os Vortex são amplamente utilizados em medidas de vazão de vapor, pois podem realizar essas medições a temperaturas elevadas, acima das exigidas em muitas aplicações

Mássicos por Efeito Coriolis

este medidor é indicado para controles precisos de processo e bateladas. Consegue medir a maioria dos fluidos, multifásicos, líquidos com alta viscosidade, líquidos com uma certa quantidade de gás, além de gases. Os limites ficam por conta da faixa de temperatura (-50 a 200º C) e perda de carga.

Como ele funciona?

O funcionamento físico é através do Efeito, ou Força, Coriolis. O fluído quando passa através do medidor possui uma velocidade angular gerada pela excitação dos tubos de medição através de uma bobina de excitação. Essa velocidade angular acelera o fluido aumentando sua velocidade periférica e a força gerada por esse aumento de velocidade periférica é chamada Força Coriolis. Os tubos de medição são deformados por essa força, e essa deformação é captada por sensores. Dessa forma, a diferença dos ângulos de fase gerada nos tubos quando o fluído escoa é proporcional a quantidade de massa que passa pelos tubos.

É bastante usado na industria química e alimentícia.

Medidores Eletromagnéticos

Estes medidores têm a vantagem da virtual ausência de perda de pressão, mas só podem ser usados com líquidos condutores de eletricidade. O transmissor de vazão magnético instalado na tubulação entre flanges é composto, basicamente, do tubo cilíndrico, bobinas fixadas no tubo para geração do campo magnético e eletrodos fixados perpendicularmente ao campo.

Como ele funciona?

O princípio de medição deste aparelho é baseado na lei de Faraday, que diz, quando um condutor elétrico se move num campo magnético cortando as linhas de campo forma-se uma F.E.M (Força Eletro Motriz) no condutor proporcional a velocidade do condutor. A F.E.M. induzida (U) no líquido segundo a lei de Faraday pode ser expressa pela equação: U = K x B x v x D, sendo K a constante do instrumento, B a intensidade do campo magnético, v a velocidade média do fluxo e D a distância entre os eletrodos. A tensão U induzida neste meio é diretamente proporcional à velocidade média do fluxo v. A indução magnética B (intensidade de campo magnético) e a distância entre os eletrodos D (diâmetro nominal do tubo) são constantes. Então a F.E.M induzida é função da velocidade do liquido que é proporcional a vazão volumétrica de saída.

São usados em saneamentos, não tem peças que se movem, o que porporciona uma manutenção mais fácil.

Tabela comparativa

A tabela indica algumas informações comparativas acerca da utilização em líquidos de alguns dos medidores devazão.

Placa de orifício Complemento

É um dos meios mais usados para medição de vazão.
Vantagens: simplicidade, custo relativamente baixo, ausência de partes móveis, pouca manutenção, aplicação para muitos tipos de fluido, instrumentação externa, etc. Desvantagens: provoca considerável perda de carga no fluxo, a faixa de medição é restrita, desgaste da placa, etc.

A figura apresenta um determinado arranjo:
A placa (com orifício de diâmetro D) provoca uma redução da seção do fluxo e é montada entre dois anéis que contêm furos para tomada de pressão em cada lado. O conjunto é fixado entre flanges, o que torna fácil sua instalação e manutenção.

A medição da diferença de pressão p1 − p2 pode ser feita por algo simples como um manômetro U e uma tabela ou uma fórmula pode ser usada para calcular a vazão. Ou pode ser coisa mais sofisticada como transdutores elétricos e o sinal processado por circuitos analógicos ou digitais para indicação dos valores de vazão.

Outros Medidores de Pressão Diferencial

A – Tubo de Venturi

B – Denominado bocal, pode ser considerado uma placa de orifício com entrada suavizada.

C - Um cone, elemento redutor de seção.

D – Joelho. A diferença de pressão se deve à diferença de velocidade entre “paredes”. Há menor perda de carga no fluxo, mas o diferencial de pressão é também menor.

A diferença de pressão é convertida em vazão por meios de coeficientes ou fórmulas determinadas empiricamente.

Tubo de Venturi

O Tubo de Venturi é um medidor de vazão de diferencial
de pressão, também chamado de medidor de vazão por obstrução de área. A diferença de
pressão entre duas seções distintas do medidor é proporcional à vazão que escoa por ele. A
diferença de pressão é produzida por efeitos inerciais – a aceleração do escoamento devido à
obstrução do mesmo (redução de área na garganta) – e viscosos, isto é, a perda de carga.
Algumas das principais razões de usar elementos de obstrução para se medir vazão são
as seguintes:
• Podem ser usados para medir qualquer fluido.
• Não há nenhum elemento mecânico imerso no escoamento.
• Não há limite de vazão a ser medida, ou seja, a tubulação pode ter qualquer diâmetro.
A medição de vazão tem grande importância no controle de processos industriais,
envolvendo misturas e descargas de fluidos. Mais especificamente, a medição de vazão com o
uso do tubo de Venturi torna-se relevante em aplicações onde não se deseja grandes perdas de
carga.

Medidor Mássicos por Efeito Coriolis

Este instrumento é indicado para controles precisos de processo e bateladas. Consegue medir a maioria dos fluidos, multifásicos, líquidos com alta viscosidade, líquidos com uma certa quantidade de gás, além de gases. Os limites ficam por conta da faixa de temperatura (-50 a 200º C) e perda de carga. Princípio: O funcionamento físico desse medidor é através do Efeito, ou Força, Coriolis. O fluído quando passa através do medidor possui uma velocidade angular gerada pela excitação dos tubos de medição através de uma bobina de excitação. Essa velocidade angular acelera o fluido aumentando sua velocidade periférica e a força gerada por esse aumento de velocidade periférica é chamada Força Coriolis. Os tubos de medição são deformados por essa força, e essa deformação é captada por sensores. Dessa forma, a diferença dos ângulos de fase gerada nos tubos quando o fluído escoa é proporcional a quantidade de massa que passa pelos tubos.

Tipos de Medidores de Vazão

Medição por pressão diferencial (elementos primários) : Placa de Orifício, Tubo Venturi, Bocal de Vazão, Orifício Integral, Tubo Pitot,Tubo Annubar;
Medição por área variável: Rotâmetro
Medição através de velocidade: Turbina
Medição por tensão induzida: Medidor Magnético
Medição através de vórtices : Medidor Vortex
Medidores Mássicos : Efeito Coriolis, Efeito Dispersão Térmica
Medição por Ultra-som : Efeito doppler, Por tempo de transito
Medição em canais abertos : Calha Parschall, Vertedores
Medição por deslocamento positivo : Disco nutante, Pistão oscilante, Medidor rotativo

Medidor de Vazão por Efeito Térmico

O medidor por efeito térmico é também um medidor de vazão mássica. O fluido passa no tubo sensor, onde duas bobinas idênticas são enroladas externamente ao tubo. Estas bobinas funcionam tanto como sensores de temperatura quanto aquecedores. No caso de vazão nula pelo tubo, o perfil de temperatura na parede do tubo (perfil longitudinal) será simétrico. Os dois sensores terão, assim, leituras de resistência idênticas. Quando há escoamento, o perfil torna-se não simétrico com a segunda bobina exposta a um nível de temperatura superior. A diferenças de temperatura (diferença de resistência) das duas bobinas é proporcional à vazão mássica.

Medidor de Vazão Eletromagnéticos

Desenvolvido para a medição de vazão de líquidos em tubulações fechadas, o medidor eletromagnético não possui qualquer parte móvel e utiliza montagem por inserção, facilitando sua instalação em campo.A medição da vazão é baseada no princípio de indução eletromagnética (Lei de Faraday), que mais especificamente, determina a velocidade de escoamento do fluído no interior do tubo. Conhecendo-se a secção transversal e a velocidade, a vazão é determinada por um circuito eletrônico microprocessado.A instalação por inserção pode ser efetuada diretamente na tubulação através de uma luva ou por meio de acessórios como abraçadeiras ou tês (dependendo da versão).Apresenta saída analógica de 4-20 mA proporcional à vazão instantânea em todos os modelos, possibilitando sua ligação a outros dispositivos como CLPs, indicadores remotos, registradores de dados, entre outros.Um dos modelos com sinal de saída em forma de trem de pulsos pode ser conectado a indicadores remotos onde é possível obter-se a totalização, saída relê para alarme ou controle, indicação digital ou analógica e entrada para dois sensores (dependendo do modelo).

MEDIÇÃO DE VAZÃO TIPO ROTÂMETRO

Rotâmetro são medidores de vazão por área variável nos quais um flutuador varia sua posição dentro de um tubo cônico, proporcionalmente à vazão do fluido. Ele é constituído basicamente de um tubo de vidro de formato cônico que é colocado verticalmente na tubulação, em que passará o fluido a ser medido e cuja extremidade maior fica voltada para cima e no interior do tubo cônico , um flutuador que se moverá verticalmente, em função da vazão medida.

MEDIÇÃO DE VAZÃO POR TUBO PITOT

É um dispositivo utilizado para medição de vazão através da velocidade detectada em um determinado ponto de tubulação. O tubo de Pitot é um tubo com uma abertura em sua extremidade, sendo esta, colocada na direção da corrente fluida de um duto, mas em sentido contrário. A diferença entre a pressão total e a pressão estática da linha nos fornecerá a pressão dinâmica a qual é proporcional ao quadrado da velocidade.

Medidores de Vazão Gás Natural

Dentre os diversos tipos de medidores de vazão existentes, os principais utilizados para medição de gás natural são: medidores tipo placa de orifício, tipo turbina, de lóbulos rotativos e tipo diafragma. Para se definir o tipo mais adequado de medidor, para um determinado fluxo de GN, deverão ser levadas em consideração as seguintes variáveis: pressão e temperatura do gás, vazão horária máxima e mínima e o limite de erro tolerável para medição da vazão.

Medidores tipo Placa de Orificio

Neste tipo de medidor o fluxo de gás ao passar pelo elemento primário (placa metálica com orifício calibrado) sofre uma restrição que lhe obriga a mudar de velocidade provocando um diferencial de pressão. Este diferencial de pressão, que é medido por um elemento secundário, é aplicado às equações da continuidade e conservação da energia, de onde obtém-se a vazão. Este tipo de medidor e usado quase que exclusivamente em medições de grande vazões, onde o fluxo e praticamente constante. Admite-se um erro de ± 2%.

Medidores tipo Turbina

Estes medidores são classificados como medidores do tipo Velocimétrico. Basicamente seu princípio de funcionamento pode ser entendido da seguinte maneira: possui um rotor, cujas lâminas são impelidas pelo movimento do fluxo de gás que pode incidir nos sentido radial, tangencial ou axial, dependendo da disposição de construção do rotor. A velocidade do rotor é linearmente proporcional ao volume deslocado. O volume de gás medido é determinado pela contagem do número de revoluções do rotor e a totalização desta vazão em volume pode ser realizada mecanicamente, através de um redutor de engrenagens que aciona um índex, ou eletronicamente, através de um sensor que detecta o número de giros do rotor que através de circuitos faz a contagem dos pulsos gerados digitalmente. Podem operar com uma gama variada de pressões e vazões, até com altas pressões e em altas vazões.

Medidores de Lóbulos Rotativos

Estes medidores são normalmente constituídos de dois corpos móveis principais com perfil lobular em forma de "8", posicionados perpendicularmente ao fluxo, com eixos de rotação paralelos. A posição relativa desses dois corpos é tal que, ao girarem em sentidos opostos pela ação da pressão diferencial entre a entrada e a saída do medidor, suas formas vão tangencialmente se complementando e formando alternadamente com as paredes internas do medidor uma câmara de medição ora na parte superior, ora na parte inferior.

não consegui postar a figura

Gases

Para o caso de gases, mede-se o tempo necessário para deslocar um volume conhecido de gás à pressão e temperatura constantes. Quando se deseja realizar aferições a pressões superiores à atmosférica, pode-se utilizar um pistão de líquido, conforme mostrado na figura seguinte:

Aferições e padrões

A aferição de medidores de vazão é baseada em padrões de volume (comprimento) e tempo, no caso de vazão volumétrica, e massa e tempo, no caso de vazão mássica. No caso de líquidos, mede-se o tempo necessário para encher um volume conhecido ou volume acumulado em um dado tempo. Variando-se o volume e o tempo pode-se atingir baixos níveis de incerteza experimental no procedimento de calibração.