UNED DE CUBATÃO

UTILIZADO NA DISCIPLINA:

INSTRUMENTAÇÃO DE SISTEMAS

CURSO SUPERIOR DE TECNOLOGIA EM AUTOMAÇÃO E CONTROLE DE PROCESSOS INDUSTRIAIS CONTÍNUOS

5o MÓDULO

MONTAGEM: PROFESSOR MARCELO S. COELHO

Revisão 0.1 – ABRIL/2007

INSTRUMENTAÇÃO DE SISTEMAS (ANEXO PLACA DE ORIFÍCIO)

INSTRUMENTAÇÃO DE SISTEMAS (ANEXO PLACA DE ORIFÍCIO)

Prof. Marcelo Saraiva Coelho 1

O dimensionamento consistirá no cálculo do diâmetro do orifício à partir

das propriedades do fluido, da vazão de operação, do diâmetro interno da

tubulação e da escolha do range apropriado.

Equação de trabalho para líquidos:

Onde:

• Q(m3/h) = Vazão máxima da escala do receptor

• CEβ2 = Coeficiente de Vazão

• D(mm) = Diâmetro interno da tubulação, em função do diâmetro nominal e do Schedule.

• Fa = Coeficiente de dilatação térmica do elemento primário, em função da temperatura de operação e do material.

• ∆P(mmH2O) = Pressão Diferencial produzida pelo elemento primário

• ρp(Kg/m3) = Massa específica do líquido à temperatura de projeto (operação)

• ρL(Kg/m3) = Massa específica do líquido à temperatura de leitura (base 15º C)

Limitações para Placas de Orifício:

Tomada β D

Flange 0,1 < β < 0,75 50mm < D < 760 mm

Vena Contracta 0,1 < β < 0,8 50mm < D < 760 mm

Radius 0,15 < β < 0,75 50mm < D < 760 mm

Pipe 0,2 < β < 0,7 50mm < D < 300 mm

L

p22 . P . D . Fa .CE . 0,012516 Q

ρ

ρ∆β=

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Exemplo de cálculo:

Em uma indústria, deseja-se medir a vazão de hidrocarboneto líquido em uma

linha de 8” sch 40 cuja vazão de operação deverá ser de 1180 GPM sob

temperatura de 140ºF e pressão de 92 PSIG. Sabe-se que a viscosidade do

fluido em questão é de 0,45 cp, a densidade na temperatura de escoamento

0,74 e na temperatura base (15º C) 0,759. Determinar o diâmetro “d” da placa

de orifício. Obs.: Será utilizado tomada de Flange e o material da placa será

Aço Carbono.

1º passo: Obtenção dos dados

Qu (vazão usual) = 1180 GPM

Tp (temperatura de operação) = 140 ºF

µp (viscosidade abs. à temp. de operação) = 0,45 cp

δp (densidade relativa à temp. de operação) = 0,74

δL (densidade relativa à temp. de leitura) = 0,759

Pp (pressão de operação) = 92 PSIG

D (diâmetro nominal da tubulação) = 8” sch 40

2º passo: Preparar a equação de trabalho para obter o coeficiente de

Vazão:

p2

max2

P. D . Fa . 0,012516Q CE

ρ∆ρ

=β.

. L

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3º passo: Preparar os dados.

a) Qmax: A vazão máxima de leitura deve ser escolhida de tal forma que 70%

dessa vazão represente 50% da pressão diferencial máxima.

Qusual = 0,7 . Qmax portanto:

GPM 1685,7143 0,7

GPM 1180 Qmax ==

convertendo GPM para m3/h:

1685,7143 x 0,22712 = 382,85 m3/h

arredondando:

b) ∆P: A pressão diferencial é o range do medidor e deve ser escolhido em

conjunto com β, mas, como β será ainda calculado, o ∆P será escolhido

aleatoriamente no início tendo como referencia valores entre 100 e 250”H2O.

adotaremos ∆P = 200”H2O,

convertendo ”H2O para mmH2O

200 x 25,4 = 5080

portanto:

c) D: O diâmetro interno da tubulação é encontrado através da tabela pag. 10

em função do schedule.

8” sch40 = 7,981”

convertendo em milímetros:

7,981 x 25,4 = 202,7174 mm

portanto:

Qmax = 380 m3/h

∆P = 5080 mmH2O

D = 202,7174 mm

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d) Fa: O fator de dilatação do elemento primário é obtido na pag. 10 em função

da temperatura e do material da placa:

t = 60 ºC (140 ºF) e Material = Aço carbono

Portanto:

e) ρp e ρL: Para obter a massa específica basta multiplicar a densidade pela

massa específica da água (1000 Kg/m3).

portanto:

4º passo: Calcular o coeficiente de vazão.

( ) 740 . 5080 . 202,7174 . 1,001 . 0,012516

759 . 380CE 22 =β

5º passo: Calcular o número de Reynolds (obs.: utilizar Qusual e ρL) Qusual = 1180 GPM = 268 m3/h e ρL = 759 Kg/m3

6º passo: Encontrar Af em função de tipo de tomada, D e CEβ2 Tipo de tomada: Flange Taps

D = 7,981” CEβ2 = 0,288933 portanto na tabela Pag.12:

Fa = 1,001

ρp = 740 Kg/m3 ρL = 759 Kg/m3 e

0,288933 CE 2 =β

788.604 0,45 . 202,7174

759 . 268 . 353,66 Rd ==

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CEβ2 Af

0,281298 1405,06

0,288933 ?

0,291862 1496,74

Interpolação para achar Af:

( ) 1405,06 1405,06-1496,74 . +

−−

=281298,0291862,0281298,0288933,0Af

7º passo: Calcular o coeficiente de vazão corrigido (C’Eβ2)

Flange Taps Vena Contracta Radius Taps Pipe Taps

Coeficiente de Vazão (C’Eβ2)

RdA 1

CE f

2

+

β=β2E'C

Rd 1

CE 2

v

2

AE'C+

β=β

RdA 1

CE r

2

+

β=β2E'C

RdA 1

CE t

2

+

β=β2E'C

8º passo: Achar β’ (corrigido) pag.12

β’ C’Eβ2

0,65 0,281298

? 0,288395

0,66 0,291862

Af = 1471,32

7886041471,32 1

0,288933

RdA

1

CE 'f

22

+=

+=

ββEC

C’Eβ2 = 0,288395

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Interpolação para achar β’:

( ) 0,65 0,65-0,66 . +

−−

=β281298,0291862,0281298,0288395,0'

Obs.: dentro dos limites (pag. 1)

9º passo: achar o diâmetro do orifício (d = D. β’)

β’ = 0,656718

d = 202,7174 mm . 0,656718

d = 133,128 mm

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Software para Cálculo de Placa de Orifício ELEMVAZ

a) Selecionar a opção "Cálculo"

Lista Arquivo Projeto Cálculo Fim

b) Definir os parâmetros para cálculo

Parâmetros para Cálculo Fluido: Líquido

Sistema: Métrico Vazão: em Volume

Método: Delmée Calcular: Diâmetro

c) Selecionar o material da Placa de Orifício

d) Selecionar o tipo de Tomada de Impulso

e) Entrar com os dados para cálculo

f) Obter o resultado do cálculo

Escolha do Material

Escolha da Tomada de Impulso

Entrada de Dados

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CALCULAR PLACA DE ORIFÍCIO USANDO O SOFTWARE ELEMVAZ

Cálculo: Placa de Orifício da saída de água da bomba (FE-10105) Método: ISO; Fluido: ÁGUA; Material da Placa: Inox 316;Tom. de Impulso: D-D/2 (RADIUS)

Dados Un.Usuais

Qmax 5,40 m3/h

Qu 0,7. Qmáx

d 16,81 mm

D 2” sch.40

TL 59 ºF

TP 25 ºC

ρL 999,08 Kg/m3

ρP 995,65 Kg/m3

µP ou νp 0,8 cP

Pmontante 3,3 kgf/cm2 A

Resultado: ∆P = ....…mmH2O = ...........”H2O

Grandeza Unidade Descrição

Qmax m3/h Vazão máxima (à temperatura de leitura)

QU m3/h Vazão Usual

∆P mmH2O Pressão Diferencial

D mm Diâmetro Interno da Linha

TL ºC Temperatura de Leitura

TP ºC Temperatura de Projeto (operação)

ρL Kg/m3 Massa Específica à TL

ρP Kg/m3 Massa Específica à TP

µP centipoise Viscosidade Absoluta à TP

P Kgf/cm2 Pressão à Montante

d mm Diâmetro do Orifício da Placa

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Cálculo: Placa de Orifício da linha de água fria (FE-10300) Método: ISO; Fluido: ÁGUA; Material da Placa: Inox 316;Tom. de Impulso: FLANGE TAPS

Dados Un.Usuais

Qmax 1,3 m3/h

Qu 0,7. Qmáx

∆P 1000 mmH2O

D 1” sch.40 26,64 mm

TL 15 ºC

TP 25 ºC

ρL 999,2 Kg/m3

ρP 997,3 Kg/m3

µP ou νp 0,8971 cP

Pmontante 3,3 kgf/cm2 A

Resultado: d = ...............…mm

Grandeza Unidade Descrição

Qmax m3/h Vazão máxima (à temperatura de leitura)

QU m3/h Vazão Usual

∆P mmH2O Pressão Diferencial

D mm Diâmetro Interno da Linha

TL ºC Temperatura de Leitura

TP ºC Temperatura de Projeto (operação)

ρL Kg/m3 Massa Específica à TL

ρP Kg/m3 Massa Específica à TP

µP centipoise Viscosidade Absoluta à TP

P Kgf/cm2 Pressão à Montante

d mm Diâmetro do Orifício da Placa

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DIÂMETRO INTERNO DA TUBULAÇÃO

FATOR DE DILATAÇÃO DO ELEMENTO PRIMÁRIO

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COEFICIENTE DE VAZÃO PARA TOMADA DE FLANGE

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COEFICIENTE DE VAZÃO PARA TOMADA DE FLANGE

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COEFICIENTE DE VAZÃO PARA TOMADA DE FLANGE

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COEFICIENTE DE VAZÃO PARA TOMADA RADIUS

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COEFICIENTE DE VAZÃO PARA TOMADA RADIUS

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COEFICIENTE DE VAZÃO PARA TOMADA RADIUS

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