TUBO DIAFRAGMA, TUBO DE PRANDTL E MEDIDOR VENTURI

CENTRO UNIVERSITÁRIO DE GOIÁS UNI-ANHANGUERA

ENGENHARIA CIVIL

HELOISA GUIMARÃES TERRA

TUBO DIAFRAGMA, TUBO DE PRANDTL E MEDIDOR VENTURI

Goiânia, abril de 2015

1. TUBO DIAFRAGMA OU PLACA DE ORIFÍCIO

1.1. Princípio

        Medidor de vazão é uma ferramenta capaz de medir a massa ou o volume de um fluido que escoa em uma tubulação em um determinado intervalo de tempo.

O tubo diafragma ou placa de orifício é um dispositivo de medição de vazão em uma via forçada. Consiste em uma placa de metal com um furo no centro, colocada entre seus flanges no meio do encanamento que se deseja medir a vazão. Na maioria das vezes o diâmetro da placa de orifício corresponde a ¼ do diâmetro do tubo.

As placas de orifício são indicadas para atuar com fluídos ou com partículas de tamanho reduzido e de baixa concentração. Possuem precisão elevada e uma boa durabilidade. [pic 1][pic 2][pic 3]

Figura 1 – sistema com uma placa de orifício

À medida que o fluido se aproxima da placa ocorre um leve aumento de pressão e após a passagem pelo orifício ocorre uma queda brusca. Quando passa pelo orifício, a redução da pressão é resultado do aumento em sua velocidade passando pela área reduzida. Dessa forma o fluido é “acelerado”, o que causa a queda de pressão. Essa relação pode ser representada de forma simplificada pela equação da continuidade:

[pic 4]

Onde:

Q → vazão do fluido em m³/s

v → velocidade em m/s

A→ área da seção transversal por onde passa o fluido em m²

1.2. Equação geral da vazão para placa de orifício:

[pic 5]

Onde:

Q → vazão do fluido

P → pressão do fluido

A → área da seção transversal

ρ → densidade do fluido

Cmeter  → coeficiente do medidor

O coeficiente do medidor (Cmeter), determinado experimentalmente, se encarrega de incluir na equação o comportamento do medidor real, tais como perdas por atrito, a relação entre as áreas das seções transversais da tubulação e do orifício e as características de viscosidade do fluido.

Quando o processo está em regime, todos os parâmetros do medidor e do fluido já são conhecidos. Depois, basta medir a pressão diferencial entre as tomadas P1 e P2. Assim a vazão pode ser calculada usando as constantes apropriadas que levam à relação acima.

1.3. Tipos de placas

As placas de orifício podem ser do tipo concêntricas, excêntricas ou segmentais. Concêntricas para fluídos limpos, excêntricas e segmentais para fluídos sujos com partículas sólidas em suspensão.[pic 6]

Figura 2 – tipos de placa de orifício

2. TUBO DE PRANDTL

        Para compreender o tubo de Prandtl, primeiramente deve-se analisar o que é um tubo de Pitot, já que este último é o princípio de funcionamento de Prandtl.

2.1. Tubo de Pitot

        O Tubo de Pitot mede a velocidade e é dirigido contra a corrente do fluido que indica a pressão total. Consiste em dois tubos concêntricos,
A e B, alinhados com a tubulação. Possui sua extremidade aberta alinhada perpendicularmente ao escoamento. O interno é aberto na ponta 2 e o externo conta com vários orifícios pequenos ao lado, 3.

[pic 7]        

Figura 3 – ilustração do tubo de Pitot

        Este equipamento mede a pressão de estagnação, sendo esta a soma das pressões estática e dinâmica. A pressão estática é aquela que é obtida perpendicularmente ao escoamento e a dinâmica é determinada com a transformação da energia cinética em energia de pressão.

2.2. Tubo de Prandtl

        O tubo de Prandtl é uma variante do tubo de Pitot, no qual as tomadas de pressão estáticas são realizadas diretamente sobre o instrumento, em vez de se fazer uma outra pressão de linha de alimentação, como mostrado na figura abaixo.[pic 8]

Figura 4 – ilustração do tubo de Prandtl

        É frequentemente utilizado como medidor de velocidade de um fluido, sendo o tubo Pitot usado, principalmente, para medir a pressão de estagnação.

[pic 9]

Ptotal = Pestática + Pdinâmica

3. MEDIDOR VENTURI

3.1. Princípio

O dispositivo hidráulico conhecido como “tubo de Venturi” foi inventado por Giovanni Venturi e usado como medidor de vazão no ano de 1791. Este medidor está diretamente associado à equação de Bernoulli e aos conceitos de hidrostática.

        O medidor Venturi é um dos equipamentos mais utilizados, atualmente, para medir vazão de fluidos em tubulações. É mais eficiente que as placas de orifício, pois pode ser usado para medir grandes vazões e também na maioria dos líquidos, inclusive os que possuem conteúdos sólidos, além de apresentar maior facilidade de instalação.