Vazo de gases e de lquidos Fluxmetro de

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.

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

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

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

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 obterse 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.

Registrador Circulação do fluxo (a) Saída Entrada Haste (b) Fluxo Pá reta Pá angulada 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 móvel Princípio 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: Rotâmetros Medidor térmico de vazão mássica Fluxímetro eletromagnético Fluxímetro de pressão diferencial Fluxímetro 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 direta Medição indireta Medição descontínua

Métodos diretos Régua - Consiste em uma régua graduada que tem um comprimento conveniente 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.

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. δ Onde: P = Pressão em mm H 2 O ou polegada H 2 O; h = nível em mm ou em polegadas; δ = densidade relativa do líquido na temperatura ambiente Essa técnica permite que a medição independente do formato do tanque. seja feita

Esquema de um medidor de nível por pressão hidrostática.

Sistema borbulhador Com o sistema de borbulhador pode-se detectar o nível de líquidos viscosos, corrosivos, bem como de quaisquer líquidos, 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. Nota-se que o medidor pode ser instalado à distância.

Esquema de um medidor de nível por borbulhamento.

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

Medidor Capacitivo à distância 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.

Esquema de um medidor de nível por capacitância sem contato.

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

Radar - Antena cônica que emite impulsos eletromagnéticos de alta frequência sobre a superfície do meio - 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. - 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 descontínuos Fornecem 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