Vazão

Vazão de gases e de líquidos

Fluxímetro de corpo flutuante ou Rotâmetro

Princípio de funcionamento

Fluxo ascendente do fluido exerce uma força de levantamento sobre um corpo flutuante (esfera, cone ou cilindro).A força de levantamento é produzida pela diferença de pressão ao longo da cavidade entre o corpo e a parede do tubo. Assim, a posição do corpo flutuante será uma função da vazão do fluido.

Há necessidade de calibração em condições definidas.

Esquema básico de um fluxímetro de corpo flutuante (rotâmetro): a – coluna cônica, b – corpo flutuante.

a

b

Obs.: A posição do flutuador pode ser convertida em sinal elétrico gerando medidas de vazão em linha.

Alguns tipos de flutuadores com indicação da posição a ser considerada na leitura da vazão.

Linha de leitura

Fluxímetro de pressão diferencial

Princípio de funcionamento

Queda de pressão causada por uma restrição artificial no tubo onde escoa o fluido

Existem 3 tipos principais:

Tubo de Venturi

Restrição por agulha

Restrição por orifício

Utilizando-se transdutores de pressão é possível obter-se uma medida de vazão em linha.

Esquema geral dos principais fluxímetros de pressão diferencial: (a) Restrição tipo Venturi; (b) Restrição tipo agulha; (c) Restrição tipo placa de orifício.

Esquema de um fluxímetro de pressão diferencial tipo Venturi.

Exemplo de placa de orifício.

Fluxímetro de rotação ou de turbina

Princípio de funcionamento

Transferência da energia do fluxo para um corpo rotativo, sendo a velocidade de rotação proporcional à vazão.

O impacto do fluxo pode ser tangencial ou radial

Os dois tipos são empregados para líquidos, enquanto que para gases somente os tangenciais são empregados.

Os fluxímetros do tipo radial podem ser de linha ou de inserção

Esquema de um fluxímetro de linha do tipo impacto tangencial.

Foto de um fluxímetro de inserção do tipo impacto tangencial.

Foto de um fluxímetro de inserção do tipo impacto radial.

Circulação do fluxo

Entrada Saída

Registrador

(a)

Fluxo

Pá reta Pá angulada

Haste

(b)

Esquema de fluxímetros de impacto radial (a) de medição em linha e (b) de inserção.

Medidor térmico de vazão mássica

Princípio de funcionamento

Quantidade de calor (energia) necessário para manter constante a temperatura de um fluido.

Estabelece-se uma relação linear entre a vazão e a relação calor gerado/diferença de temperaturas.

A vazão é calculada por um circuito eletrônico e pré-ajustada com um gás de calibração.

Como as medidas necessárias (calor e temperatura) são facilmente convertidas em sinais elétricos, pode-se dispor de uma medida de vazão em linha.

O medidor pode ser acoplado a um controlador.

Fluxímetro eletromagnético

Princípio de funcionamento

Indução de uma voltagem entre dois eletrodos pela passagem de um líquido condutor com um fluxo perpendicular a eles.

A voltagem é proporcional à velocidade do fluxo (vazão).

A voltagem é amplificada em um conversor que fornece um sinal de corrente linear em função da vazão.

Não requer instalação de partes que possam causar restrição à passagem do fluido.

Não há perda de pressão em decorrência da presença do dispositivo de medida.

Esquema geral de um fluxímetro eletromagnético.

Foto de um fluxímetro eletromagnético.

Foto de um fluxímetro eletromagnético.

Foto de um fluxímetro eletromagnético instalado em tubulação.

Restrições do fluxímetro eletromagnético: O fluído deve ser condutor e não podem haver bolhas de ar.

Fluxímetro de palheta móvelPrincípio de funcionamento

Transferência da energia do fluxo para a superfície de uma palheta presa a uma haste articulada.

O ângulo da palheta fornece a medida da velocidade do fluxo (vazão).

Desenho de um fluxímetro de palheta móvel.

Outros medidores

• Fluxímetro de Deslocamento Positivo• Fluxímetros Ultrassônicos• Fluxímetros por Efeito Vortex• Fluxímetro por efeito Coriolis• Fluxímetro por força de arraste

Esquema de um fluxímetro de deslocamento positivo.

Esquema de um fluxímetro de deslocamento positivo.

Medição e controle de vazão em bioprocessos:

RotâmetrosMedidor térmico de vazão mássicaFluxímetro eletromagnéticoFluxímetro de pressão diferencialFluxímetro de rotação

Finalidades:- Transferência de meios - Fundamental para a realização de sistemas contínuo e descontínuo alimentado- Ajuste de aeração e controle de oxigênio dissolvido- Adição de ácidos, bases e antiespumantes- Medição de gás como produto da fermentação- Esterilização contínua

Medida de nível

Três tipos:Medição diretaMedição indiretaMedição descontínua

- Consiste em uma régua graduada que tem um comprimento conve-niente para ser introduzida dentro do reservatório a ser medido

- A determinação do nível é feita pela leitura direta do comprimento molhado na régua pelo líquido.

Métodos diretosRégua

Visor de nível

- Usa o princípio dos vasos comunicantes

- O nível é observado por um visor de vidro especial, podendo haver uma escala especial acompanhando o visor

- Usado para tanques abertos e tanques fechados

Bóia ou flutuador

- Consiste numa bóia presa a um cabo que tem sua extremidade ligada a um contrapeso

- No contrapeso está um ponteiro que indica diretamente o nível em uma escala

- Normalmente usado em tanques abertos

Esquema de um medidor de nível tipo bóia.

Métodos indiretos

Medidor de nível por pressão hidrostática

Neste tipo de medição usa-se a pressão exercida pela altura da coluna líquida, para medir indiretamente o nível, de acordo com o Teorema de Stevin: P = h . δOnde: P = Pressão em mm H2O ou polegada H2O;h = nível em mm ou em polegadas;δ = densidade relativa do líquido na temperatura ambiente

Essa técnica permite que a medição seja feita independente do formato do tanque.

Esquema de um medidor de nível por pressão hidrostática.

Com o sistema de borbulhador pode-se detectar o nível de líquidos viscosos, corrosivos, bem como de quaisquer líquidos, à distância.

Sistema borbulhador

Nota-se que o medidor pode ser instalado à distância.

O sistema borbulhador engloba uma válvula agulha, um recipiente com o líquido pelo qual o ar ou gás passará e um indicador de pressão.

No momento que começa o borbulhamento, com a injeção de ar ou gás inerte, a pressão aplicada é exatamente igual à pressão exercida pela coluna líquida. Esta pressão é diretamente proporcional ao nível do líquido.

Esquema de um medidor de nível por borbulhamento.

Mede a capacitância formada pelo eletrodo submergido no líquido em relação às paredes do tanque.

Medidor Capacitivo por contato

À medida que o nível do tanque aumenta o valor da capacitância aumenta progressivamente, pois o dielétrico ar é substituído pelo dielétrico líquido a medir.

A capacitância é convertida por um circuito eletrônico numa corrente elétrica, sendo este sinal indicado em um medidor.

Esquema de um medidor de nível por capacitância de contato.

Versão moderna de um sensor de nível capacitivo com haste sensora.

A medição de nível por capacitância também pode ser feita sem contato, por meio de sondas de proximidade.A sonda consiste de um disco compondo uma das placas do capacitor. A outra placa é a própria superfície do produto ou a base do tanque.

Medidor Capacitivo à distância

Esquema de um medidor de nível por capacitância sem contato.

A velocidade do som é a base para a medição através da técnica de eco, usada nos dispositivos ultra-sônicos.

Ultra-som

As sondas são feitas com material piezoelétrico, que têm a capacidade de produzir uma frequência quando submetidos a uma tensão elétrica, assim como gerar uma tensão elétrica quando recebem um sinal de frequência.

Esquema de um medidor de nível por ultrassom.

Radiação

Ideal para materiais de manuseio extremamente difícil e corrosivos, abrasivos, muito quentes, sob pressões elevadas ou de alta viscosidade.

Consiste em uma emissor de raios gama montado verticalmente na lateral do tanque e uma câmara de ionização do outro lado do tanque, a qual transforma a radiação Gama recebida em um sinal elétrico de corrente contínua (contador Geiser).

Esquema de um medidor de nível por radiação.

- A distância entre a antena e a superfície a ser medida será então calculada em função do tempo de atraso entre a emissão e a recepção do sinal.

- Antena cônica que emite impulsos eletromagné-ticos de alta frequência sobre a superfície do meio

Radar

- Serve para líquidos e sólidos em geral.

- Grande vantagem em relação ao ultrassônico é a imunidade a efeitos provocados por gases, pó, e espuma entre a superfície e o detector, porém possuem um custo relativo alto.

Outros:Pressão diferencial em tanques pressurizados- Elevação de zero- Supressão de zero

Empuxo-Adequado para medir nível da interface entre dois líquidos não missíveis

Métodos descontínuosFornecem indicação apenas quando o nível atinge certos pontos desejados, como por exemplo, em sistemas de alarme e segurança de nível alto ou baixo.

Nos líquidos que conduzem eletricidade, pode-se mergulhar eletrodos metálicos de comprimento diferente ou em alturas diferentes. Quando houver condução entre os eletrodos teremos a indicação de que o nível atingiu a altura do último eletrodo alcançado pelo líquido.

Para líquidos não condutores pode-se utilizar o sistema de bóias.

Esquema de um medidor de nível descontínuo por condutividade.

Esquema de um medidor de nível descontínuo com sistema de bóias.

Medida de nível em bioprocessos

Transferência de meio entre tanques

Controle auxiliar em sistema descontínuo alimentado

Controle auxiliar em sistema contínuo