Medição do fluxo de vapor: Características do fluido

Um dos conceitos básicos que todo engenheiro de planta deve dominar na medição do fluxo de vapor é entender as características do fluido. Cada fluido tem um conjunto único de características e o mesmo acontece com o vapor, incluindo densidade e viscosidade, dinâmicas e cinemáticas.

Neste artigo, daremos continuidade a como aumentar a eficiência da planta medindo o fluxo de vapor com o medidor de vazão adequado ao desenvolver cada uma das características do fluido que detalhamos abaixo:

Medição do fluxo de vapor: Densidade

A densidade (r) de uma substância é a massa (m) por unidade de volume (V) da substância, conforme mostrado na seguinte equação:

A densidade da água saturada e do vapor saturado varia de acordo com a temperatura. Isso pode ser visto na figura a seguir:

La densidade de vapor saturado aumenta com a temperatura (é um gás e é compressível), enquanto o densidade de água saturada Diminui com a temperatura (é um líquido que se expande. Nestas figuras, vemos a densidade (r) da água saturada (rf) e o vapor saturado (rg) em diferentes temperaturas.

Medição do fluxo de vapor: viscosidade dinâmica

A viscosidade dinâmica é a propriedade interna da resistência ao fluxo que um fluido possui. Se um fluido tiver uma alta viscosidade (por exemplo, um óleo pesado), ele terá uma alta resistência ao fluxo. Além disso, um fluido altamente viscoso exigirá mais energia para se mover através do tubo do que um fluido com uma viscosidade mais baixa.

Existem várias maneiras de medir a viscosidade, incluindo uma chave dinamométrica conectada a uma pá e fazendo com que ela torça no fluido, ou medindo a velocidade com que um fluido cai através de um furo. Um simples experimento de laboratório escolar demonstra claramente a viscosidade e suas unidades: é permitido que uma esfera caia através de um fluido sob a influência da gravidade. Medindo a distância (d) que cai e o tempo (t) necessário para a esfera cair, a velocidade (u) pode ser determinada. 

A seguinte equação pode ser usada para determinar a viscosidade dinâmica:

Você deve fazer três notas importantes:

• O resultado da equação anterior é conhecido como viscosidade absoluta ou dinâmica do fluido e é medido em segundos pascal. A viscosidade dinâmica também é conhecida como força viscosa.
• Os elementos físicos da equação dão um resultado em kg / m, no entanto, as constantes (2 e 9) levam em consideração os dados experimentais e a conversão de unidades em segundos pascais (Pa s).
• Algumas publicações fornecem valores de viscosidade absoluta ou viscosidade dinâmica em centiPoise (cP), 1 cP = 10-3 Pa s. 

Exemplo de viscosidade dinâmica na medição de fluxo de vapor

Uma esfera de aço (densidade 7800 kg / m3) de 20 mm de diâmetro leva 0,7 segundos para deixar cair 1 m em óleo para 20oC (Densidade = 920 kg / m3). Determine a viscosidade onde:

Os valores para a viscosidade dinâmica de vapor e água saturados em diferentes temperaturas estão nas tabelas de vapor e podem ser vistos na figura a seguir:

Os valores da água saturada diminuem com a temperatura, enquanto os valores do vapor aumento saturado com a temperatura. Estamos vendo a viscosidade dinâmica da água saturada (mf) e vapor saturado (mg) em diferentes temperaturas.

Medição do fluxo de vapor: viscosidade cinemática

Expresse a relação entre viscosidade absoluta (ou dinâmica) e densidade do fluido, conforme mostrado na seguinte equação:

• Número de Reynolds (Re) 

Todos os fatores introduzidos acima afetam o fluxo de fluido nos tubos. São todos reunidos em uma quantidade adimensional para expressar as características do fluxo, ou seja, o número de Reynolds (Re), como mostramos na seguinte equação:

• Avaliação da razão numérica de Reynolds 

Para um determinado fluido, se a velocidade for baixa, o número de Reynolds resultante também será baixo.

Se outro fluido com densidade semelhante for transportado, mas com uma viscosidade dinâmica mais alta, na mesma velocidade, o número de Reynolds será menor.

Em um determinado sistema em que o tamanho do tubo, a viscosidade dinâmica (e consequentemente a temperatura) permanecem constantes, o número de Reynolds será diretamente proporcional à velocidade. O fluido usado nos exemplos anteriores é bombeado a 20 m / s através de um tubo de diâmetro 100 mm. Determine o número de Reynolds (Re) usando a seguinte equação, em que: r = 920 kg / m3 m = 1,05 Pa s

Vendo o número de Reynolds acima, você pode ver que o fluxo está na zona laminar.

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