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PROCADUFPB/UFBA/UFMA/UFPA
Introdução a Instrumentação Biomédica
TRANSDUTORES DE FLUXO
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MEDIÇÃO DE FLUXO ÍNDICE1- FLUXO
Tipos, Número de Reynolds, Densidade, Viscosidade
2- TRANSDUTORES DE FLUXOPressão Diferencial -
Obstrução - Tubo Pitot
Área Variável - Rotâmetro Velocidade - Turbina Deslocamento Positivo - Rotor
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MEDIÇÃO DE FLUXO ÍNDICE
Vórtices - VortexTensão Induzida - EletromagnéticoTemperatura - Fio QuenteUltra-som - Efeito DopplerVelocímetro Laser - Efeito Doppler
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TRANSDUTORES DE FLUXO
São sensores para medição de vazão. Q (m3/s) = V (m/s) . A (m2)
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TRANSDUTORES DE FLUXO
Dispositivos desenvolvidos para determinar a medição de fluxo utilizando outras variáveis relacionadas fisicamente com a vazão, como: Velocidade de escoamento do fluido líquido (água, sangue) ou gasoso (ar, oxigênio). Diferença de pressão Variação de energia
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FLUXO
LAMINAR – quando o fluido se move através de condutos uniformes (tubos retos com pouco atrito interno) a velocidades muito baixas, o movimento das partículas individuais é formado por linhas paralelas às paredes do conduto.
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FLUXOSLAMINAR NÃO UNIFORME TURBULENTO
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FLUXO
TURBULENTO – quando o aumento do fluxo faz o movimento das partículas tornar-se mais aleatório e irregular, caracterizado por vórtices locais e um grande aumento na resistência ao escoamento.
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FLUXO
REYNOLDS - Número adimensional que determina o regime de escoamento do fluido. NR = D Vm /
densidade do fluidoD diâmetro interno do tubo
Vm velocidade média de escoamento coeficiente de viscosidade
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FLUXO
DENSIDADE – É o número de vezes que o fluido é mais pesado que igual volume de água.
Ex: O sangue é mais viscoso e mais denso que a água.
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FLUXOVISCOSIDADE – É a resistência do movimento fluido ao escoamento. As forças de atrito do próprio fluido impedem as diferentes camadas de escorregar entre si.
NOS LÍQUIDOS – é inversamente proporcional à temperatura e diretamente proporcional à pressão. NOS GASES - é diretamente proporcional à temperatura e à pressão.
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FLUXOVELOCIDADE MÉDIA – É a velocidade
uniforme que produziria a mesma vazão em toda a seção reta do tubo.
Experimentalmente o escoamento é: LAMINAR se NR < 2 000
TURBULENTO se NR > 3 000
INSTÁVEL se 2 000 < NR < 3 000
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MEDIDORES DE PRESSÃO DIFERENCIAL
Utilizam sensores de pressão para encontrar uma diferença de pressão que determine a velocidade do fluido.
- Medidores de Obstrução
- Tubos de Pitot
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MEDIDORES DE OBSTRUÇÃO
É um obstáculo colocado na passagem do fluido, causando aumento de velocidade do fluido com uma conseqüente redução da pressão.
EQUAÇÃO DE BERNOULLI - A soma da energia estática (pressão), energia cinética (velocidade) e energia potencial (elevação) se conserva para um fluido passando por uma obstrução.
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EQUAÇÃO DE BERNOULLI
p1/ + V12/2g + z1 = constante
p = pressão
= viscosidadeV = velocidadeg = aceleração da gravidadez = elevação
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MEDIDORES DE OBSTRUÇÃO
TUBO DE VENTURI
BOCAL DE FLUXO
PLACA DE ORIFÍCIO
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MEDIDORES DE OBSTRUÇÃOT. VENTURI - pequena perda de pressão (mais
eficiente), alta exatidão, resistência à abrasão, comprimento maior (difícil instalação), alto custo
BOCAL DE FLUXO – média perda de pressão, alta exatidão, custo médio, resistência à abrasão, comprimento menor
PLACA DE ORIFÍCIO – grande perda da ordem de 30 a 40% da pressão diferencial, menor exatidão, mais abrasivo, comprimento menor (melhor instalação), baixo custo
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MEDIDORES DE OBSTRUÇÃODIAFRAGMA - sensor de de fluxo de ar,
projetado para ar filtrado a seco em ambientes médicos e instrumentos analíticos, combina características operacionais de confiabilidade e exatidão.
Sensor Honeywell
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MEDIDORES DE OBSTRUÇÃOAplicações médicas típicas incluem
respiradores, ventiladores, concentradores de oxigênio, conservadores, monitores de apnéia, nebulizadores, equipamento de CPAP (pressão de ar positiva e contínua), autoclaves. Compatível com grande variedade de gases anestésicos.
Fluxômetro SpiroMaster
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MEDIDORES DE PRESSÃO DIFERENCIAL
TUBO DE PITOT
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MEDIDORES DE PRESSÃO DIFERENCIAL
TUBO DE PITOT
Precisa ser bem centralizado no conduto
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MEDIDORES DE PRESSÃO DIFERENCIAL
TUBO DE VENTURI
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MEDIDORES DE PRESSÃO DIFERENCIAL
TUBO DE VENTURI
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TUBO DE VENTURI
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TUBO DE VENTURI
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MEDIDORES DE PRESSÃO DIFERENCIAL
TUBO DE VENTURI
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MEDIDOR DE ÁREA VARIÁVELROTÂMETRO
É constituído por um tubo transparente com escala onde um flutuador (bóia) se move livremente.
O flutuador é mais pesado do que o fluido que o desloca.
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MEDIDOR DE ÁREA VARIÁVELROTÂMETRO
O equilíbrio é atingido quando a diferença de pressão e o empuxo compensam a força gravitacional.
A posição do flutuador indica a taxa de fluxo.
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MEDIDOR DE ÁREA VARIÁVELROTÂMETRO
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MEDIDOR DE ÁREA VARIÁVELROTÂMETRO
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MEDIDOR DE ÁREA VARIÁVELROTÂMETRO
VANTAGENSEscala uniforme de fluxoAtravés da troca do flutuador é possível mudar a capacidade de fluxoBoa aceitação de fluidos corrosivosVerificação visual da condição do fluxo
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MEDIDOR DE ÁREA VARIÁVELROTÂMETRO
DESVANTAGENSSó pode ser instalado na posição verticalEm caso de fluido opaco, o flutuador não se torna visívelNão podem ser usados em líquidos que carregam grandes percentuais de sólidos em suspensãoCusto é alto para fluidos com altas temperaturas
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MEDIDOR DE ÁREA VARIÁVEL
Respirador Eletrônico Newport Breeze E-150
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MEDIDOR DE TURBINA
O número de voltas das lâminas da turbina por unidade de tempo é proporcional ao fluxo.
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MEDIDOR DE TURBINA
Um ímã permanente é encaixado no corpo do rotor, cada vez que uma lâmina da turbina passa pelo pólo do sensor, a redução da relutância altera a permeabilidade do circuito magnético produzindo um pulso de tensão no terminal de saída.
A freqüência deste pulso é proporcional à velocidade de escoamento do fluido.
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MEDIDOR DE TURBINA
Erro de cerca de 0,5% Tamanhos disponíveis
de 1/8 a 8 polegadas (cerca de 3 mm a 20 cm).
Boa resposta a transientes de fluxo, constantes de tempo da ordem de 2 a 12 ms
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MEDIDOR DE TURBINA
Exatidão reduzida à taxas baixas de fluxo.
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MEDIDOR DE DESLOCAMENTO POSITIVO
A passagem do fluido causa giros do rotor registrados em um contador de giros.
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MEDIDOR DE DESLOCAMENTO POSITIVO
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MEDIDOR DE DESLOCAMENTO POSITIVO
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MEDIDOR DE VÓRTICES
Contém obstrução não-aerodinâmica perpendicular à direção do fluxo gerando vórtices ou áreas bem localizadas de baixa pressão e instabilidade.
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MEDIDOR DE VÓRTICESA freqüência com que os vórtices
são criados é proporcional à velocidade do fluxo.
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MEDIDOR DE VÓRTICES
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MEDIDOR DE VÓRTICES
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MEDIDOR ELETROMAGNÉTICO
Baseado na Lei de Indução de Faraday
e = B l v
e tensão induzida (V)B densidade de fluxo magnético
(Gauss)l comprimento do condutor (cm)v velocidade do condutor (cm/s)
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MEDIDOR ELETROMAGNÉTICO
Com passagem de um fluido ligeiramente condutivo através de um campo eletromagnético (B), é gerada uma força eletromotriz (e) medida por eletrodos posicionados nas paredes do tubo.
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MEDIDOR ELETROMAGNÉTICO
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MEDIDOR ELETROMAGNÉTICO
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MEDIDOR ELETROMAGNÉTICO
O conduto deve ser de vidro ou de algum material não condutor. Os eletrodos na superfície interna do conduto fazem contato direto com o fluido.
A tensão de saída é muito baixa, e um campo magnético alternado é usado para amplificar e eliminar problemas de polarização. Um circuito especial é necessário para separar a saída relativa ao fluxo de outros sinais.
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MEDIDOR ELETROMAGNÉTICO
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MEDIDOR ELETROMAGNÉTICO
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MEDIDOR TÉRMICO
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MEDIDOR TÉRMICOANEMÔMETRO DE FIO QUENTE
Fio fino e curto esticado entre dois suportes
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MEDIDOR TÉRMICO
ANEMÔMETRO DE FIO QUENTEMétodo da corrente constante - uma corrente elétrica constante passa através do fio sensor. A variação do fluxo implica na troca da temperatura no fio, modificando sua resistência.Método da temperatura constante - um servo sistema mantém a resistência do fio constante e conseqüentemente sua temperatura. Uma mudança no fluxo resulta na mudança na corrente elétrica.
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MEDIDOR TÉRMICO
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MEDIDOR TÉRMICOVARIAÇÃO DO FLUXO DO FLUIDO
Quando o fluxo varia durante o tempo, a resposta do elemento fica atrasada devido à capacidade do fio de armazenar calor.
No Método da Corrente Constante a compensação deste atraso é feita por uma rede passiva de indutores e resistores ou de capacitores e resistores, ou através do uso de um transformador.
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MEDIDOR TÉRMICOVARIAÇÃO DO FLUXO DO FLUIDO
No Método de Temperatura Constante a compensação é feita pelo próprio sistema básico.
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MEDIDOR TÉRMICOVARIAÇÃO DO FLUXO DO FLUIDO
O elemento sensor está incorporado numa ponte de Wheatstone, cujo desbalanceamento é empregado como medida de corrente para manter a temperatura do fio.
O próprio sistema provê proteção contra a queima do fio.
Aplicação na área médica: medidas de fluxo de sangue, ar.
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MEDIDOR TÉRMICOAnemômetro de fio quente na PUC-MG com filamento
de tungstênio de 4 mícrons de diâmetro.
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MEDIDOR ULTRASÔNICO Sistema baseado no tempo de propagação de ondas acústicas
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MEDIDOR ULTRASÔNICOSistema Doppler de onda contínua
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MEDIDOR ULTRASÔNICOSistema Doppler pulsátil
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MEDIDOR LASEREfeito Doppler causado em um feixe
Laser ao ser refletido por partículas em movimento
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MEDIDOR LASER
Os dois feixes do laser, em sua interferência no ponto de medida, geram as franjas de Fresnell que distam entre si de "e". Medindo o tempo "T" que uma partícula de fluido percorre essa distância “e”, encontra-se a velocidade "v" do fluxo.
v = e / T = e . fOnde f é a freqüência da onda luminosa
a ser captada e medida pelo receptor.
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MEDIDOR LASER
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TABELA COMPARATIVA
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TABELA COMPARATIVA
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BIBLIOGRAFIA
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fisicanaescola
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BIBLIOGRAFIA
www.emc.ufsc.br/labtermo/Vperda1.jpgwww.senaiformadores.com.br/Cursos/01www.foxboro.comwww.koboldusa.comwww.ce.utexas.edu/prof/KINNAS/319LABhttp://www.honeywell.com/.