O que é vazão?
A vazão descreve um volume que atravessa um ponto de observação ao longo de um período de tempo. Possibilita planejar durações de eventos, ou o tempo necessário para encher um reservatório, por exemplo.
Extremamente importante para processos físicos ou químicos, que podem incluir desde condicionamento de ar, até polimerização de fibras sintéticas, a vazão pode ser expressa em unidades de volume, dividido por unidade de tempo: m3/hora, litros/s, etc.; e, no sistema imperial, pés3/hora, galões/min, etc.. Geralmente, trata-se de vazões de fluidos: líquidos ou gases. Pode-se falar de vazão em tubulação fechada, ou em canal aberto, córrego ou rio.
Controle de vazão
O motivo para se controlar vazão industrial está na repetitividade esperada no produto final: no caso de um sistema de ar condicionado, por exemplo, para proporcionar ambiente confortável, a vazão de ar frio num dia do início de primavera deve ser diferente da vazão em dia do pico de verão. Assim, um sistema de controle de ar condicionado deve receber uma informação de temperatura ambiente do local controlado, para então corrigir a vazão de ar frio.
Perdas de carga
Tubulações por onde fluem gases ou líquidos, sem exceção criam perdas de pressão, também conhecidas como perdas de carga, representando obstáculos para a vazão. As perdas são reflexo do atrito do fluido com as paredes da tubulação e choques entre as moléculas colidindo entre si. Assim, o comprimento de tubulação deve ser incluso no cálculo; vale o mesmo para desníveis, cotovelos e curvas, emendas, válvulas, medidores, placas de orifícios, etc.. Se a carga fornecida pela bomba que propele o fluido não for suficiente, este simplesmente não fluirá! É aí que reside o segredo de se projetar um sistema baseado em tubulação: calcular as perdas de carga, e escolher a bomba com a propulsão máxima mais que suficiente para vencê-la. A partir daí, o sistema de controle se encarrega de fornecer a pressão necessária e suficiente.
As diferenças estruturais variam de local para local: uma refinaria de petróleo instalada à beira-mar apresenta uma topografia diferente de uma refinaria situada num planalto, o que muda as perdas nas tubulações utilizadas. Do mesmo modo, a tubulação de ar condicionado que atende ao quinto andar de um hotel é diferente da que atende ao vigésimo.
Muitas vezes, uma vazão faz parte de uma transação comercial, seja de água potável, gasolina, Nitrogênio, ou gás natural.
Diferenças entre vazões de líquidos e gases
Os líquidos se caracterizam pela incompressibilidade: ao se tentar comprimi-los, a pressão se distribui igualmente sobre todas as moléculas do fluido em compressão, praticamente sem variação de volume. Com isto, pode-se afirmar que a densidade do líquido não se altera, por exemplo, enquanto é bombeado ao longo de uma tubulação. Deste modo, um transmissor de vazão, situado junto à tubulação, pode enviar o sinal eletrônico para uma sala de controle, onde controladores farão a compensação de variações de carga, e integradores de volume totalizarão, segundo a segundo, o volume de fluido transferido, alimentando de dados o departamento de vendas (ou de compras) da empresa.
Já nos gases a situação muda: gases são vendidos por peso, caso, por exemplo, do gás de cozinha, vendido em botijões. Numa aplicação industrial, o gás é bombeado do local de estocagem para o local onde será utilizado: caso a transferência seja feita de dia, a densidade do gás diminui; e caso seja feita à noite, quando a temperatura cai, a densidade aumenta. Conclusão: as leituras de vazão de massa obtidas de dia se referem a quantidades de gás menores que as obtidas de noite; de fato, variam cada vez que a temperatura muda, se o gasoduto está exposto a sol ou se o dia está nublado. Este é um problema que já foi resolvido há décadas, pelo uso da Equação de Clapeyron . Deste modo, um controlador de processo necessita receber do gasoduto tanto a informação de temperatura do gás no ponto de leitura da vazão, e da pressão a que está submetido; necessita ainda de um fator de multiplicação particular de cada gás, pois a Equação de Clapeyron é baseadas em número de moles , onde o mol consiste do número molecular expresso em gramas. De fato, é o motivo pelo qual volume e massa podem ser correlacionados.
Identificada a massa transferida de fato, a vazão pode ser então corrigida. E a real quantidade de gás transferida pode ser integrada, informação que pode seguir para o departamento de cobranças, ou para o setor de Contas a Pagar.