Mecânica dos fluidos/Medidores de deslocamento positivo

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Medidores de deslocamento positivo (ou medidores volumétricos)[editar | editar código-fonte]

Elemento primário[editar | editar código-fonte]

Medidor de lóbulos rotativos.

Nesses medidores, o que se mede primariamente é o volume de fluido deslocado pelo fluxo, e a vazão é computada a partir da derivada temporal dessa medida. Essa derivada é facilmente calculada, pois em geral são medidores rotativos, e a velocidade angular é, neste caso, proporcional a ela.

Uma das principais desvantagens desse medidor é o seu tamanho, que deve aumentar de acordo com a vazão a ser medida. Eles também introduzem pulsações no escoamento a jusante. Em contrapartida, ele não insere uma perda de carga muito grande. Além disso, são imunes a variações no perfil de velocidade e na configuração da tubulação a montante.

Os modelos de medidores de deslocamento positivo são similares aos modelos das bombas e compressores de deslocamento positivo.

Funcionamento de um medidor de deslocamento positivo: o fluido entra, preenche um volume definido e é expelido em seguida; o próprio fluxo move o medidor de forma que, a cada momento, o fluido penetra em uma câmara diferente.

No medidor de diafragma, usado para gases a baixa pressão (como o gás doméstico, por exemplo), o fluido é forçado a entrar numa câmara cujo volume é conhecido, através de uma válvula de distribuição; a câmara tem a saída bloqueada nesse instante, por isso o gás que ingressa a infla; quando a câmara se enche, a válvula de distribuição se move e direciona o fluxo para outra câmara vazia, ao mesmo tempo que a saída da primeira câmara se abre; esta segunda câmara, ao receber o gás, infla e pressiona as laterais a primeira câmara, fazendo com que o ar no interior desta seja expelido para o exterior; o processo continua indefinidamente. O arranjo mecânico faz com que o conjunto gire com a entrada de fluido, e assim é responsável pelo movimento das válvulas de distribuição e de fechamento das câmaras. Esses instrumentos oferecem alta rangeabilidade (> 100:1) e boa precisão (1%) a um baixo custo.

No medidor de selo líquido (ou medidor de rotor semi-submerso), usado para gases em laboratórios, não são usadas válvulas. Um tambor, subdividido em compartimentos de volume fixo, é mergulhado até pouco acima da metade em água ou óleo, e fica livre para girar em torno de um eixo horizontal. O controle de aspiração e escape do gás cujo fluxo se deseja medir é feito pelo consegue através do líquido, que tem função selante. Num determinado momento, um lóbulo tem sua extremidade de saída submersa e a de entrada emersa, aspirando gás, e o outro tem a entrada submersa e a saída emersa, expelindo gás. Aqui também o próprio fluxo movimenta o conjunto. Assim, a cada rotação do tambor, um volume de gás fixo é deslocado. A precisão é boa (0.25% do fundo de escala), assim como a rangeabilidade (10:1).

No medidor de lóbulos rotativos, usado para gases em laboratórios de calibração ou em fluxos de vazões ou pressões mais elevadas, os dois lóbulos são conectados através de um conjunto girante, que é responsável pela alternância dos processos de aspersão e escape. Esse conjunto girante possui uma geometria tal que a qualquer momento os lóbulos possuem um volume V fixo. Ao contrário dos casos anteriores, o conjunto é motorizado, não impelido pelo próprio fluxo. Esses medidores podem ser extremamente precisos (0,02% do fundo de escala), podem ser usados sob pressões de até 80 bar e temperaturas elevadas, além de oferecer alta rangeabilidade (25:1). Similares a esse medidor são o medidor de rodas ovais, usado para líquidos, especialmente óleo combustível em fornos e caldeiras industriais, e o medidor roots.

Medidor de lóbulos rotativos em funcionamento.

No medidor de disco de nutação (ou medidor de disco nutante), usado para líquidos, um disco móvel, com um rasgo radial, é alojado dentro de um compartimento, de forma que uma placa divisória se ajuste ao rasgo. Dessa maneira, o compartimento fica dividido em duas partes. Esses medidores são muito baratos e bem precisos (2% a 1% do fundo de escala), mas a vazão mensurável está limitada a 10 l/s.

O medidor de palhetas rotativas, usado para líquidos, pode ser construído de diversas maneiras. Na versão mais simples, um rotor excêntrico, munido de quatro palhetas externas radiais igualmente espaçadas, é inserido no caminho do fluxo. As palhetas dividem o compartimento em câmaras de medição e, impelidas pelo fluxo, fazem girar o rotor. Mas essa construção não permite que as câmaras mantenham o volume constante enquanto giram, o que prejudica a exatidão da medida; construções mais elaboradas sanam esse problema e alcançam excelente exatidão (até 0,05% do fundo de escala). Esse medidor pode medir vazão de líquidos com pressões e temperaturas elevadas, graças ao fato de os transmissores incorporarem as compensações adequadas e à aplicação de pressão externa ao instrumento para equilibrar a pressão interna, por isso são largamente utilizados na indústria petrolífera.

Palhetas rotativas com rotor excêntrico (1-Palheta 2-Rotor 3-Carcaça 4-Entrada de líquido 5-Câmara de medição 6-Saída de líquido).

No medidor de pistão oscilante (ou medidor de pistão flutuante), usado para líquidos, o fluxo circula ao redor de um cilindro fixo com uma placa divisora, inserido dentro do compartimento. Um cilindro móvel, com um rasgo que se adapta à placa, constitui a câmara de medição. Diferentemente dos casos anteriores, o conjunto não gira e sim oscila.

Medidor de engrenagens axiais.

No medidor de engrenagens, usado para líquidos, as câmaras de medição são formadas pelo espaço entre os dentes de uma engrenagem inserida no fluxo. As engrenagens podem ser axiais ou helicoidais; medidores de engrenagens helicoidais são o modelo mais usado em postos de gasolina.