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💧 Módulo 06 — Variável Industrial

Vazão

📖 45 min📋 8 tópicos⚙️ Intermediário-Avançado

1. Conceitos Fundamentais

Vazão é a quantidade de fluido que passa por uma seção transversal por unidade de tempo. Pode ser expressa como vazão volumétrica (Q) em m³/h ou L/min, ou vazão mássica (ṁ) em kg/h ou t/h.

Q = v × A   |   ṁ = ρ × Q
v = velocidade média (m/s), A = área da seção (m²), ρ = densidade (kg/m³)

2. Equação de Continuidade e Bernoulli

A equação de continuidade garante que a massa se conserva. A equação de Bernoulli relaciona pressão, velocidade e altura ao longo de uma linha de fluxo:

P + ½ρv² + ρgh = constante

A redução de seção (orifício, venturi) aumenta a velocidade e reduz a pressão — princípio dos medidores por pressão diferencial.

3. Medidores por Pressão Diferencial (ΔP)

3.1 Placa de Orifício

O tipo mais comum. Uma placa com orifício central reduz a seção, gerando ΔP proporcional ao quadrado da vazão:

Q = Cd × A₀ × √(2ΔP / ρ)
Cd = coeficiente de descarga (~0,6 para placa de orifício padrão)
⚠️

Relação quadrática

A placa de orifício tem relação Q ∝ √ΔP. Isso significa que na metade da vazão, o ΔP é apenas 25% do valor máximo — limitando a rangeabilidade típica a 3:1 ou 4:1.

3.2 Tubo de Venturi e Tubo de Pitot

O venturi tem menor perda de carga permanente que a placa de orifício. O Pitot mede a velocidade pontual e é usado em dutos grandes (ar, gás).

4. Medidor de Área Variável — Rotâmetro

Um flutuador cônico sobe numa câmara cônica até que a força de arraste equilibre a força gravitacional. A posição do flutuador indica a vazão. É simples, não requer energia elétrica e é visual.

5. Medidor Eletromagnético (Vazão-EM)

Baseado na Lei de Faraday: um condutor (fluido) em movimento em campo magnético gera tensão proporcional à velocidade.

U = k × B × D × v
U = tensão induzida, B = campo magnético, D = diâmetro da tubulação, v = velocidade do fluido
ℹ️

Requisito do EM

O medidor eletromagnético funciona somente com fluidos com condutividade elétrica mínima de 5 µS/cm (água, lamas, polpas, ácidos). Não funciona com hidrocarbonetos puros.

6. Medidor Vortex

Conta os vórtices gerados por um bluff body na corrente de fluido. A frequência de vórtices (número de Strouhal) é proporcional à velocidade do fluido. Funciona com líquidos, gases e vapores, mas requer velocidade mínima.

7. Medidor Coriolis (Mássico)

Mede diretamente a vazão mássica e a densidade com altíssima exatidão (0,1%). Dois tubos vibram e o fluido em movimento causa deflexão (efeito Coriolis) proporcional à massa. Amplamente usado em petróleo, produtos químicos e alimentos.

8. Medidor Ultrassônico

Mede a diferença de tempo de propagação ultrassônica a favor e contra o fluxo (transit-time) ou por efeito Doppler (para suspensões). O tipo clamp-on não invade a tubulação — ideal para instalação temporária ou em linhas de grande diâmetro.

MedidorFluidosExatidãoCustoDiferencial
Placa de orifícioLíq., gás, vapor±1–2%BaixoAlta perda de carga
VenturiLíq., gás, vapor±0,5–1%MédioBaixa perda de carga
RotâmetroLíq., gás±2–5%BaixoVisual, sem energia
EletromagnéticoLíq. condutivos±0,3–0,5%MédioSem perda de carga
VortexLíq., gás, vapor±0,5–1%MédioVersátil
CoriolisLíq., gás±0,1%AltoMede massa e densidade
UltrassônicoLíq. limpos±0,5–2%Médio-AltoClamp-on disponível
⚡ Questão Rápida
Qual medidor de vazão é mais adequado para medir lama de mineração (fluido abrasivo, condutivo, alta exatidão requerida)?
A Placa de orifício
B Eletromagnético com revestimento cerâmico
C Rotâmetro
D Vortex
Correto! O EM com revestimento cerâmico/poliuretano resiste à abrasão e tem boa exatidão para fluidos condutivos como lamas.
❌ A placa de orifício seria obstruída; o rotâmetro tem partes móveis vulneráveis à abrasão; o vortex exige velocidade mínima. O eletromagnético é o mais indicado.