Neste artigo vamos analisar os regimes de fluxo nas medições de fluxo de vapor. Se os efeitos da viscosidade e fricção da tubulação forem ignorados, um fluido viajaria através da tubulação com uma velocidade uniforme em todo o diâmetro da tubulação.
O "perfil de velocidade" aparecerá como mostrado na figura abaixo:
No entanto, este seria realmente o caso ideal, em condições reais, a viscosidade afecta o caudal do fluido, juntamente com o atrito da tubagem, fazendo com que a velocidade do fluido junto à parede da tubagem seja reduzida. Isto pode ser visto claramente na figura abaixo:
Com um baixo número de Reynolds (2300 ou inferior) o fluxo é conhecido como "laminar", como explicado no artigo sobre a medição do caudal de vaporou seja, todo o movimento ocorre ao longo do eixo do tubo. Nestas condições, o atrito do fluido contra a parede do tubo significa que ocorrerá uma maior velocidade do fluido no centro do tubo, como na figura abaixo:
À medida que a velocidade aumenta e o número de Reynolds ultrapassa 2300, o fluxo torna-se cada vez mais turbulento com eddies crescentes, até chegar ao número de Reynolds 10 000 onde o fluxo é completamente turbulento, como mostra a figura abaixo:
Os exemplos mostrados em todas as figuras acima são úteis, pois fornecem uma compreensão das características do fluido dentro da tubulação, entretanto, o objetivo destes artigos é fornecer informações específicas sobre vapor saturado e água (ou condensado).
Embora estas sejam duas fases do mesmo fluido, as suas características são completamente diferentes. Isto foi demonstrado nas secções anteriores sobre Viscosidade Absoluta (m) e Densidade (r). As seguintes informações são, portanto, especificamente relevantes para os sistemas de vapor saturado.
Exemplo de regimes de fluidos em medições de fluxo de vapor
Um sistema de tubos de 100 mm transporta vapor saturado a 10 bar a uma velocidade média de 25 m/s. Determine o número Reynolds. Os seguintes dados estão disponíveis nas tabelas de vapor:
- Se o número de Reynolds (Re) num sistema de vapor saturado for inferior a 10.000 (104), o fluxo pode ser laminar ou transitório. Em condições de fluxo laminar, a queda de pressão é directamente proporcional ao caudal.
- Se o número de Reynolds (Re) for superior a 10.000 (104), o regime de fluxo é turbulento. Nestas condições, a queda de pressão é proporcional à raiz quadrada da vazão.
- Para uma medição precisa do fluxo de vapor, é essencial ter condições constantes e para sistemas de vapor saturado é usual especificar o número mínimo de Reynolds (Re) como 1 x 105 = 100.000.
- No extremo oposto da escala, quando o número Reynolds (Re) é superior a 1×106, as perdas de pressão devidas ao atrito dentro da tubulação tornam-se significativas, e isto é especificado como o máximo.
Com base nas informações acima, determinar as vazões máximas e mínimas para um fluxo turbulento com vapor saturado a 10 bar r em um tubo de 100 mm de diâmetro interno. Um sistema de tubos de 100 mm transporta vapor saturado a 10 bar a uma velocidade média de 25 m/s.
Voltando à anterior, e introduzindo valores nesta última equação:
Em poucas palavras:
- O caudal de vapor saturado através de tubos é uma função da densidade,
- viscosidade e velocidade.
- Para uma medição precisa do fluxo de vapor, o tamanho de tubo selecionado deve resultar em números de Reynolds entre 1 x 105 e 1 x 106 em condições mínimas e máximas, respectivamente.
- Como a viscosidade, etc., são valores fixos para uma condição em consideração, o número correto de Reynolds é obtido pela seleção cuidadosa do tamanho da tubulação.
- Se o número de Reynolds aumenta por um fator de 10 (1×105 torna-se 1×106), então a velocidade também aumenta (por exemplo 2,695 m/s torna-se 26,95 m/s, respectivamente), desde que a pressão, densidade e viscosidade permaneçam constantes.
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Medição do Fluxo de Vapor: Características do Fluido
