InstrumentaInstrumentaoo aplicadaaplicada a a IndIndstriastria
do do PetrPetrleoleoMediMedioo de de VazoVazo::PlacasPlacas de de
oriforifciocio, , bocaisbocais e e venturisventurisKaku
SaitoPETROBRAS / CENPES Tel: (21) 3865-6238E-mail:
[email protected] Referncias Bibliogrficas- Delme; Manual de
Medio de Vazo; Edgard Blucher- Martins; Manual de Medio de Vazo
atravs de Placasde Orifcio, Bocais e Venturis; Intercincia- Bega,
et al; Instrumentao Industrial; Intercincia- Miller; Flow
measurement engineering handbook- Endress-Hauser; Flow
HandbookReferncias Bibliogrficas- Medio de vazo atravs de placas de
orifcio, bocais e venturis- Tipos de medidores- Caractersticas
destes medidoresMedio de VazoPlacas de Orifcio: Tipos e
CaractersticasElemento primrio amplamente utilizado em instalaes
industriais, baseado no princpio de medio partir da variao do
diferencial de presso em um orifcio com a variao da vazoPlacas de
orifcio: Elemento primrio amplamente utilizado em instalaes
industriais, baseado no princpio de medio partir da variao do
diferencial de presso em um orifcio com a variao da vazoPlacas de
orifcio: Vantagens:- Facilidade de instalao e de manuteno- Boa
confiabilidade- Custo relativamente baixo Desvantagens:- No
linearidade- Baixa Rangeabilidade (5:1, com o uso da nova
tecnologia de transmissores microprocessados. Com os transmissores
analgicos antigos, essa rangeabilidade era de 3:1)- Grande
dependncia das condies operacionaisCaractersticas:Princpio de
medio:Princpio de medio:Placa de orifcio montada entre flanges com
tomadas flange tapsGeometria:Detalhe emcorte da placa de
orifcioOutras Geometrias: Tipos de Placas Quanto ao
orifcio:ConcntricaSegmentalExcntrica Quanto ao bordoBordo RetoBordo
QuadranteEntrada CnicaTomadas de Presso:Orifcio Integral Aplicado a
pequenas vazes Dimetros inferiores a 2 polegadas (de a 2 polegadas)
O transmissor integrado aoelemento primrioBocais: Tipos e
Caractersticas- Bocal ISA 1932- Bocal de Raio Longo- Bocal
VenturiMedidores baseados em diferencial de presso: BocalBocal Isa
1932 Aplicado a grandes vazes Dimetros entre 2 a 20
polegadasMedidores baseados em diferencial de presso: BocalBocal de
Raio Longo Aplicado a grandes vazes Dimetros entre 2 a 25
polegadasMedidores baseados em diferencial de presso: BocalBocal
Venturi Aplicado a grandes vazes e baixas perdas de carga Dimetros
entre 2 1/2 a 20 polegadasMedidores baseados em diferencial de
presso: BocalMedidores baseados em diferencial de presso:
VenturiVenturis: tipos e caractersticasOs dois tipos mais
utilizados de tubo Venturi so:- Clssico longo- Clssico
curtoRetangular: Normalmente aplicado a instalaes emdutos de ar a
baixa pressoMedidores baseados em diferencial de presso: Venturi
Coeficiente de descarga estvel (vazo real/ vazo terica); Baixa
perda de carga;Medidores baseados em diferencial de presso:
VenturiMedidores baseados em diferencial de presso: VenturiClssico
longo- o difusor aumenta progressivamente at igualar-se ao dimetro
da tubulao.DifusorMedidores baseados em diferencial de presso:
VenturiClssicocurto- possui o difusor truncadoMedidores baseados em
diferencial de presso: VenturiCaractersticas construtivasMedidores
baseados em diferencial de presso: VenturiRetangularO tipo
retangular utilizado em dutos de configurao retangular como os
utilizados para ar em caldeira a vapor.Medidores baseados em
diferencial de presso: VenturiVantagens resistncia a abraso e ao
acmulo de poeira ou sedimentos; capacidade de medio em grandes
tubulaes; menor perda de carga quando comparada a placa de orifcio
para as mesmas condies de escoamento (tipicamente 20% da perda da
placa)Medidores baseados em diferencial de presso:
VenturiDesvantagens custo elevado (em mdia, 20 vezes mais caro que
uma placa de orifcio); dimenses elevadas; dificuldade de troca uma
vez instalado. Placas de orifcio, Bocais de Vazo e Tubos Venturi-
Desenvolvimento das equaes de vazo- Dimensionamento, Instalao e
Manuteno- Normas- Avaliao das variveis envolvidas na medio por
diferencialde pressoMedio de VazoDesenvolvimento das equaes de
vazo- Desenvolvimento das equaes de medio atravs de elementos
geradores de perda de carga no escoamento- Histrico
evolutivoDerivao da Equao Bsica: Fluxo unidimensional,
incompressvel, sem fluxo de calor e trabalho atravessando as
fronteiras do sistema;(1) A montante da placa(2) Na placaDerivao da
Equao Bsica:= =+ + = + +2 2 1 122 2221 11. . . .2 2v A v A Qgv Pzgv
Pz &( )(((
|||
\|=2122 121 .. 2.AAP PA Q Definindo e introduzindo o fator de
expansoDerivao da Equao Bsica:( )2 12222. 2.4.11 P P dDdQ|||
\|=Dd= ( )2 1242. 2.4.1.P P DQ=Derivao da Equao Bsica: Por
definio:(coeficiente de descarga)teoricorealQQC =P DC Qreal=.
2.4.1. .242( )nb C f C + = = Re . Re , ( ) P = , Q Qteorico
=Derivao da Equao Bsica: Escoamento real por placa de orifcioRef:
Delme, Manual de Medio de VazoDerivao da Equao Bsica:
Desenvolvimento do coeficiente de descarga- So formulaes
determinadas experimentalmente;- So funo do tipo de elemento
primrio, da posio das tomadas, do dimetro da linha, do beta do
medidor e do Nmero de Reynolds;- Tubos Venturi possuem coeficiente
de descarga prximo de 1, enquanto placas de orifcio de borbo reto
apresentam um valor de C emtorno de 0,61 para altos nmeros de
Reynolds.Derivao da Equao Bsica: Histrico do desenvolvimento do
coeficiente de descarga- Buckingham desenvolveu equaes especficas
para placas de orifcio, uma para cada tipo de tomada;- Stolz
apresentou uma nica equao para placas com tomadas nosflanges, faces
e em D e D/2, mas limitada a nmero de Reynolds elevados (acima
de);- Reader-Harris e Gallager aproveitarama estrutura da equao de
Stolz e estenderama aplicabilidade da equao a nmero de Reynolds
mais baixos, ao limite inferior do escoamento turbulento: 4000 ou ,
o maior .D21260D2170Derivao da Equao Bsica: Exemplo: Equao de
Buckingham- Para placa de orifcio, tomada nos flanges e dimetro da
linha maior que 58,6mm( ) D DC3448 1 , 2000856 , 01002286 , 0184 ,
0 0312 , 0 5959 , 0 + + =5 , 2706 , 91 = b75 , 0 = n( )14.35 , 0 41
, 0 1P kP + = Derivao da Equao Bsica: Equaes de Coeficiente de
Descarga de Reader-Harris/Gallagher- nica equao aplicada a placas
de orifcio, tomada nos flanges, faces e em D e D/2 e dimetro da
linha maior que 58,6mm- Adotada na ISO 5167*98 e AGA 8, com
parmetros ligeiramentediferentes ligadas a consideraes sobre
limites de beta, incertezas e dados laboratoriais para os clculos
estatsticos quegeraramos parmetrosGrficos para coeficientes de
descarga tomadas nas faces:ReGrficos para coeficientes de descarga
tomadas em 2 e 8D:ReFatores de Expanso para k=1,4Furos de dreno e
vent: As placas de orifcios podem apresentar furao de dreno ou de
respiro (vent) Dreno: Evitar acumulao de pequena quantidade de
lquido a montante do elemento primrio em medio de vazo de gs com
arraste de lquidos em tubulaes horizontais; Respiro:Evitar acumulao
de pequena quantidade de gs a montante do elemento primrio em medio
de vazo de lquidos com arraste de gs em tubulaes horizontais.Furos
de dreno e vent: Para levar em considerao a vazo por esses furos,
introduzido um fator Fh(igual a 1 na ausncia desse furo); A
eficincia desses furos duvidosa, tendo em vista a possibilidade de
entupimento; A ISO no considera este fator, mas a BS considera.P DF
C Qh real=. 2.4.1. . .242241 1||
\| + =ddFhhDimensionamento- Procedimentos para dimensionamento-
Dados de processo- Limitaes de dimensionamentoMedio de
VazoProcedimento de dimensionamento: Agrupando os termos
independentes de, definimos o parmetro S como:- A determinao dese
faz atravs de aproximaes sucessivas, estimando-se um valor inicial
parae calculando o coeficiente de descarga e fator de expanso em
funo do mesmo at que a diferena entre 4221. .. 2 . .. . 4==hF CP
DQS0 =0001 , 01 Pcfimplica em fluxo subcrtico P2< Pcfimplica em
fluxo crtico k a razo de calores especficos para um gs
idealEscoamento crticoFluxo crtico O fluxo crtico tambm denominado
fluxo bloqueado, ou choked flow; Em fluxo crtico, mesmo que a
presso a jusante do orifcio varie, a vazo se manter inalterada
atravs do orifcio;Orifcios de RestrioOs orifcios de restrio so
placas de orifcio que so utilizados para garantir uma vazo estvel
em sistemas onde se requer purga constante em linhas ou
equipamentos; Os orifcios de restrio no se aplicam para medio de
vazo, mas so projetados de forma equivalente a placas de orifcio;O
coeficiente de descarga @ de fluxo crtico igual a 0,83932 (ref:
Martins, Medio de Vazo atravs de placas de orifcio, bocais e
venturis)DimensionamentoOrifcios de Restrio Outras
aplicaes:-Garantir taxa de despressurizao em equipamentos;-Limitar
vazo mxima de sistemas de escoamento;-Reduzir perda de carga em
vlvulas de controle (...questionvel)Orifcios de Restrio Exemplo de
aplicao:
