Diferentes tipos de elementos de medição de fluxo por pressão diferencial

Tubo de Pitot

Outros elementos de fluxo baseados em pressão existem como alternativas à placa de orifício . O tubo de Pitot , então em um tubo Pitot possui um tubo que que recebe a pressão dinâmica do fluido diretamente e o tubo externo também chamado de tubo Plandtl esse tubo percebe a pressão estática, tambem conhecida como piezométrica não depende do movimento. Ela pode ser detectada por piezômetros, ou obtida mediante o uso de um tubo de Prandtl envolvendo o tubo de Pitot.

A pressão dinâmica, também chamada de taquicarga, é a pressão atmosférica gerada quando o ar em velocidade de escoamento externo penetra no tubo Pitot.

A pressão total (ou de estagnação) por si só não é suficiente para determinar a velocidade do fluido. Necessitando entao medir a diferença entre a pressão estática e a pressão dinâmica.

O tubo de Pitot pode consistir num tubo em "L" com um único canal, permitindo medir apenas a pressão de estagnação (sendo necessário medir por outro meio a pressão estática) ou com dois canais e tomadas de pressão laterais para medir simultaneamente a pressão estática. Pode ser utilizado em laboratórios para estudos de aerodinâmica (túneis de vento) ou de hidrodinâmica em modelo reduzido em laboratórios de hidráulica.

Uma deficiência do conjunto Pitot de tubo único clássico é a sensibilidade à velocidade do fluido em apenas um ponto do tubo; portanto, uma forma mais comum de tubo Pitot vista na indústria é o tubo Pitot médio, composto por vários orifícios de estagnação que detectam a velocidade em vários pontos a largura do fluxo:

Esses são os modelos das figuras acima são os tipos mais comuns utilizados nas indústrias.

Cabe aqui ressaltar que esse tipo de medidor deve apenas ser utilizados com fluídos limpos não viscosos e não congelantes ou qualquer outra condição que venha a gerar possibilidade de entupimento nos furos dos tubos de medição.

Elemento de fluxo Annubar

Esse medidor é uma variação do tubo Pitot essse é chamado de elemento de fluxo Annubar , um nome comercial da corporação Dieterich Standard. Um "Annubar" é um tubo pitot médio que consolida as portas de detecção de alta e baixa pressão em um único conjunto de sonda:

À primeira vista, o que parece ser um único tubo em forma de quadrado inserido no tubo é na verdade um tubo de duas portas com orifícios nas bordas a montante e a jusante:

Uma seção do tubo Annubar mostra claramente as câmaras de abertura e dupla, projetadas para elevar as pressões a montante (estagnação) e a jusante do tubo para um instrumento sensor de pressão diferencial:

Sensor de fluxo alvo

Esse é um tipo pouco conhecido e mais rustico que surgiu da plicação do princípio da estagnação ou melhor do uso a pressão total(pressão dinâmica associada a pressão estática) é o sensor de fluxo alvo , consistindo em uma "pá" (ou "disco de arrasto") cega inserida na corrente de fluxo.

A força exercida nesta pá pelo fluido em movimento é detectada por um mecanismo transmissor especial, que emite um sinal correspondente à taxa de fluxo (proporcional ao quadrado da velocidade do fluido, exatamente como uma placa de orifício):

Diferentes tipos de elementos de fluxo baseados em diferença de pressão

Tubo de Venturi

O tubo de venturi clássico lançado por Clemens Herschel em 1887 foi adaptado em uma variedade de formas amplamente classificadas como tubos de fluxo. Todos os tubos de fluxo funcionam com o mesmo princípio: desenvolver uma pressão diferencial canalizando o fluxo de fluido de um tubo largo para um tubo estreito. A diferença do venturi clássico apenas nos detalhes de construção, sendo o detalhe mais significativo um comprimento significativamente menor do que o tubo de venturi clássico. Exemplos de projetos de tubos de fluxo incluem o tubo Dall , o tubo de fluxo com baixa perda, o tubo de fluxo Gentile ou Belém e o BIF Universal Venturi.

Bocal de fluxo

Outra variação no tema do venturi é chamada de bico de fluxo , projetado para ser preso entre as faces de dois flanges de tubo de maneira semelhante a uma placa de orifício. O objetivo aqui é alcançar a simplicidade da instalação, aproximando-se à de uma placa de orifício, melhorando o desempenho (menos perda de pressão permanente) sobre as placas de orifício:

Mais duas variações sobre o venturi são os elementos de fluxo em cone V e cunha segmentar. O cone V (ou "cone venturi", um nome comercial da divisão McCrometer da Danaher Corporation) pode ser considerado um tubo de venturi ou placa de orifício ao contrário:

V Sensor de fluxo do cone

Em vez de diminuir o diâmetro do tubo para causar aceleração, o fluido deve fluir em torno de uma obstrução em forma de cone colocada no meio do tubo. A área efetiva do tubo será reduzida pela presença desse cone, fazendo com que o fluido acelere através da restrição, como faria através da garganta de um tubo de venturi clássico :

Este cone é oco, com uma porta de detecção de pressão no lado a jusante, permitindo fácil detecção da pressão do fluido perto da veia contracta.

A pressão a montante é detectada por outra porta na parede do tubo a montante do cone. A fotografia a seguir mostra um tubo de fluxo de cone V , cortado para fins de demonstração:

Elemento de fluxo de cunha segmentada

Os elementos de cunha segmentares são seções de tubo especiais com restrições em forma de cunha incorporadas.

Esses dispositivos, embora brutos, são úteis para medir as taxas de fluxo de polpas, especialmente quando a pressão é detectada pelo transmissor através de diafragmas de vedação remota (para eliminar a possibilidade de entupimento do tubo de impulso):

Elemento de fluxo do cotovelo

Finalmente, o cotovelo do tubo inferior pode ser pressionado para servir como um elemento de medição de fluxo, uma vez que o fluido que gira uma esquina no cotovelo experimenta aceleração radial e, portanto, gera uma pressão diferencial ao longo do eixo de aceleração:

Os cotovelos dos tubos devem ser considerados para a medição de vazão apenas como último recurso. Suas imprecisões tendem a ser extremas, devido à construção não precisa da maioria dos cotovelos de tubo e às pressões diferenciais relativamente fracas geradas.

O fato de um cotovelo de tubo gerar pequena pressão diferencial é uma preocupação de precisão, porque outras fontes de pressão se tornam maiores em comparação.

O ruído gerado pela turbulência do fluido no cotovelo, por exemplo, se torna uma porção significativa da pressão detectada pelo transmissor quando a pressão diferencial é tão baixa (ou seja, a relação sinal / ruído se torna menor). Erros causados ​​por diferenças na elevação da derivação do cotovelo e em diferentes fluidos de preenchimento da linha de impulso, por exemplo, também se tornam mais significativos.

Sensores de fluxo de pressão diferencial

Finalizando devo mencionar o assunto da pressão diferencial que produz elementos de fluxo, e essa é a dissipação de energia. As placas de orifício são simples e relativamente baratas de instalar, mas sua perda de pressão permanente é alta em comparação com outros elementos primários, como os tubos de venturi .

A perda permanente de pressão é a perda permanente de energia do fluxo, que geralmente representa uma perda de energia investida no processo por bombas, compressores e / ou sopradores. A energia fluida dissipada por uma placa de orifício assim (geralmente) se traduz em um requisito de maior entrada de energia para esse processo.

Conclusão

Como os custos financeiros e ecológicos da energia não são triviais em nosso mundo moderno, é importante considerar a perda de energia como um fator significativo na escolha do elemento primário apropriado para um medidor de vazão baseado em pressão .

Pode muito bem ser que um tubo de venturi "caro" economize mais dinheiro a longo prazo do que uma placa de orifício "barato", oferecendo maior precisão de medição como um benefício adicional.

Aula de medição de vazão tubo Pitot: https://www.youtube.com/watch?v=6KYnelJ6RqY