Determinação das vazões em escoamentos bifásicos ar-água por meio de tubo venturi e medidor de fração de vazio

Abstract

O tubo venturi é um dispositivo comumente utilizado para a medição de vazão de escoamentos monofásicos. Nas últimas décadas, este dispositivo tem sido investigado para a determinação das vazões em escoamentos bifásicos. Alternativamente aos métodos convencionais de medição de vazão, o emprego do venturi visa à redução de custos e à maior flexibilidade operacional de equipamentos industriais que operam com sistemas bifásicos. Neste contexto, este trabalho apresenta um estudo de um sistema de medição de vazão em escoamentos bifásicos utilizando-se o tubo venturi. Para tanto, escoamentos bifásicos ar-água, à pressão atmosférica e com título de gás de até 0,25%, foram estudados em uma seção de teste na posição vertical. O sistema de medição de vazão de escoamentos bifásicos consiste, além do tubo venturi, de um medidor de fração de vazio. Cinco modelos baseados na equação clássica para o cálculo da vazão de escoamentos monofásicos através de dispositivos deprimogênios, foram implementados para o cálculo da vazão dos escoamentos bifásico, nas condições testadas. As vazões calculadas pelos modelos foram comparadas com as vazões medidas pelos rotâmetros antes da mistura de ar e água. Também foram realizados testes em um tubo reto de seção circular e os resultados foram comparados com modelos de predição da queda de pressão. Referente à instrumentação da bancada experimental, atenção especial foi dada ao medidor de fração de vazio, cujo desenvolvimento representou uma parte importante do presente trabalho. O princípio de funcionamento deste medidor baseia-se na variação da impedância elétrica com a composição da mistura ar-água que escoa entre os eletrodos, que conectados a um circuito de processamento fornece um sinal de corrente-contínua proporcional à fração de vazio. A comparação dos resultados experimentais com os previstos pelos modelos testados, em relação às vazões, mostrou que os menores valores do RMS dos desvios foram de 7,4%, no caso do modelo de Zhang et al. (2005), e de 8,6%, no caso do modelo de Chisholm (1967).