Dimensionamento de Placas de Orifício

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1 PROJETOS EM INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO Eng. Marcelo Saraiva Coelho PROJETOS EM INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO Eng. Marcelo Saraiva Coelho INSTRUMENTAÇÃO P
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1PROJETOS EM INSTRUMENTAO E AUTOMAOEng. Marcelo Saraiva CoelhoPROJETOS EM INSTRUMENTAO E AUTOMAOEng. Marcelo Saraiva CoelhoINSTRUMENTAOP2PROJETOS EM INSTRUMENTAO E AUTOMAOEng. Marcelo Saraiva CoelhoINSTRUMENTAOQ FTFIFedb) Qmxe Pmx dplacaa) Pmedidoe dplaca Qatualc) Qmxe dplaca PmxPROJETOS EM INSTRUMENTAO E AUTOMAOEng. Marcelo Saraiva CoelhoINSTRUMENTAOCondies do Escoamento:Regime Permanente (temperatura e presso constante)Fluido Incompressvel (lquido)Fluido Perfeito (sem viscosidade) =2 1 Et t EEnergia Total do Sistema:3PROJETOS EM INSTRUMENTAO E AUTOMAOEng. Marcelo Saraiva CoelhoINSTRUMENTAO2 2 2 1 1 1 Ec Ep Ep Ec Ep Ep pr po pr po + + = + +Estados de Energia Parcial:Eppo = Energia potencial de posioEppr = Energia potencial de pressoEc = Energia cinticaPROJETOS EM INSTRUMENTAO E AUTOMAOEng. Marcelo Saraiva CoelhoINSTRUMENTAOSimplificaesComo M.g = W , ento:2. . .2. . .22 2221 11 vM WPZ WvM WPZ W + + = + + substituindo-se M por: gWgvW WPZ WgvW WPZ W2. . .2. . .22 2221 11 + + = + + dividindo-se tudo por W:gv PZgv PZ2 222 2221 11 + + = + + EQUAO DE BERNOULLI4PROJETOS EM INSTRUMENTAO E AUTOMAOEng. Marcelo Saraiva CoelhoINSTRUMENTAOgv PZgv PZ2 222 2221 11 + + = + + Do balano de energias de Bernoulligv v P P22122 2 1 =(1)PROJETOS EM INSTRUMENTAO E AUTOMAOEng. Marcelo Saraiva CoelhoINSTRUMENTAO122 1.SSv v =Dd= 12 2SS= 2 2 1 1. . S v S v =22 1. v v =gv v P P22122 2 1 =P P P 2 1 = ( )gv v P2.2222 =4212 .= gPv(1)(2)5PROJETOS EM INSTRUMENTAO E AUTOMAOEng. Marcelo Saraiva CoelhoINSTRUMENTAO4212 .= gPv(2) E =411gPE v 2 . .2=122 1.SSv v =121. 2 . .SSgPE v=gPE v 2 . . .21 =2 2 =SS(3)PROJETOS EM INSTRUMENTAO E AUTOMAOEng. Marcelo Saraiva CoelhoINSTRUMENTAOgPE v 2 . . .21 =(3)gPE S Q 2 . . . .21 =1 1.S v Q =C Q Q terica real. =gPE S C Q 2 . . . . .21 =P k Q = .Onde K representa: Tipo de elemento primrio Tipo de tomada de impulso Dimetro da tubulao e restrio Nmero de Reynolds (viscosidade) Condies de operao (p e t) Caractersticas do fluido (densidade)6PROJETOS EM INSTRUMENTAO E AUTOMAOEng. Marcelo Saraiva CoelhoINSTRUMENTAOEQUA EQUA O DE TRABALHO PARA O DE TRABALHO PARA L L QUIDOS QUIDOSLp2 2 . P . D . Fa . CE . 0,012516 Q =Onde: Q(m3/h) = Vazo mxima da escala do receptor CE2= Coeficiente de Vazo D(mm) = Dimetro interno da tubulao, em funo do dimetro nominal e do Schedule. Fa= Coeficiente de dilatao trmica do elemento primrio, em funo da temperatura de operao e do material. P(mmH2O) = Presso Diferencial produzida pelo elemento primrio p(Kg/m3) = Massa especfica do lquido temperatura de projeto (operao) L(Kg/m3) = Massa especfica do lquido temperatura de leitura (base 15 C)PROJETOS EM INSTRUMENTAO E AUTOMAOEng. Marcelo Saraiva CoelhoINSTRUMENTAOLIMITA LIMITA ES PARA PLACAS DE ORIF ES PARA PLACAS DE ORIF CIO CIOTomada D Flange 0,1 < < 0,75 50mm < D < 760 mm Vena Contracta 0,1 < < 0,8 50mm < D < 760 mm Radius 0,15 < < 0,75 50mm < D < 760 mm Pipe 0,2 < < 0,7 50mm < D < 300 mm 7PROJETOS EM INSTRUMENTAO E AUTOMAOEng. Marcelo Saraiva CoelhoINSTRUMENTAOExemplo de clculo:Em uma indstria, deseja-se medir a vazo de hidrocarboneto lquido em uma linha de 8 sch 40 cuja vazo de operao dever ser de 1180 GPM sob temperatura de 140F e presso de 92 PSIG. Sabe-se que a viscosidade do fluido em questo de 0,45 cp, a densidade na temperatura de escoamento 0,74 e na temperatura base (15 C) 0,759. Determinar o dimetro d da placa de orifcio. Obs.: Ser utilizado tomada de Flange e o material da placa ser Ao Carbono.1 passo: Obteno dos dadosQu(vazo usual) = 1180 GPMTp(temperatura de operao) = 140 Fp(viscosidade abs. temp. de operao) = 0,45 cpp(densidade relativa temp. de operao) = 0,74L(densidade relativa temp. de leitura) = 0,759Pp(presso de operao) = 92 PSIGD (dimetro nominal da tubulao) = 8 sch 40PROJETOS EM INSTRUMENTAO E AUTOMAOEng. Marcelo Saraiva CoelhoINSTRUMENTAO2 passo: Preparar a equao de trabalho para obter o coeficiente de Vazo:p2max 2P. . D . Fa . 0,012516. Q CE= L3 passo: Preparar os dados.za) Qmax: A vazo mxima de leitura deve ser escolhida de tal forma que 70% dessa vazo represente 50% da presso diferencial mxima. Qusual= 0,7 . Qmaxportanto: GPM 1685,7143 0,7GPM 1180 Qmax = =3 passo: Preparar os dados.zconvertendo GPM para m3/h:1685,7143 x 0,22712 = 382,85 m3/harredondando: m3/h 80 3 Qmax =8PROJETOS EM INSTRUMENTAO E AUTOMAOEng. Marcelo Saraiva CoelhoINSTRUMENTAO3 passo: Preparar os dados.zb) P: A presso diferencial o range do medidor e deve ser escolhido em conjunto com , mas, como ser ainda calculado, o P ser escolhido aleatoriamente no incio tendo como referencia valores entre 100 e 250H2O.adotaremos P = 200H2O, convertendo H2O para mmH2O200 x 25,4 = 5080 portanto:mmH2O 5080 P = PROJETOS EM INSTRUMENTAO E AUTOMAOEng. Marcelo Saraiva CoelhoINSTRUMENTAO3 passo: Preparar os dados.zd) Fa: O fator de dilatao do elemento primrio obtido na pag. 77 em funo da temperatura e do material da placa:t = 60 C (140 F) e Material = Ao carbonoPortanto: Fa = 1,0013 passo: Preparar os dados.zc) D: O dimetro interno da tubulao encontrado atravs da tabela pag. 76 em funo do schedule.8 sch40 = 7,981convertendo em milmetros:7,981 x 25,4 = 202,7174 mmportanto: D = 202,7174 mm9PROJETOS EM INSTRUMENTAO E AUTOMAOEng. Marcelo Saraiva CoelhoINSTRUMENTAO3 passo: Preparar os dados.e) pe L: Para obter a massa especfica basta multiplicar a densidade pelamassa especfica da gua (1000 Kg/m3).portanto: L = 759 Kg/m3 e p = 740 Kg/m34 passo: Calcular o coeficiente de vazo.( ) 740 . 5080 . 202,7174 . 1,001 . 0,012516759 . 380CE22= 288933 , 0 CE2= PROJETOS EM INSTRUMENTAO E AUTOMAOEng. Marcelo Saraiva CoelhoINSTRUMENTAO5 passo: Encontrar Afem funo de tipo de tomada, D e CE2Tipo de tomada: Flange TapsD = 7,981CE2= 0,288933portanto na tabela Pag.79:CE2 Af 0,281298 1405,06 0,288933 ? 0,291862 1496,74 Interpolao para achar Af:( ) 1471,32 1405,06 1405,06 - 1496,74 .281298 , 0 291862 , 0281298 , 0 288933 , 0 = +((

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\|=fA10PROJETOS EM INSTRUMENTAO E AUTOMAOEng. Marcelo Saraiva Coelho6 passo: Calcular o nmero de Reynolds (obs.: utilizar Qusuale L) pag.12Qusual= 1180 GPM = 268 m3/h e L= 759 Kg/m3PL . D . . 353,66 Rd Qusual=INSTRUMENTAO 788.604 = =0,45 . 202,7174759 . 268 . 353,66 RdOnde:zQusual(m3/h) = Vazo mxima da escala do receptorzD(mm) = Dimetro interno da tubulao, em funo do dimetro nominal e do Schedule. zL(Kg/m3) = Massa especfica do lquido temperatura de projeto (operao)zp (Cp) = Viscosidade abs. temp. de operaoPROJETOS EM INSTRUMENTAO E AUTOMAOEng. Marcelo Saraiva CoelhoINSTRUMENTAOPlaca de Orifcio(clculo)DadosCoeficiente de DescargaFator Tomada de ImpulsoCoeficiente de Descarga CorrigidoddRd11PROJETOS EM INSTRUMENTAO E AUTOMAOEng. Marcelo Saraiva CoelhoINSTRUMENTAO7 passo: Calcular o coeficiente de vazo corrigido (CE2)288395 , 07886041471,32 10,288933 RdA 1CE 'f22=+=+= E C Flange Taps Vena ContractaRadius Taps Pipe Taps Coeficiente de Vazo (CE2) RdA 1CE f2+ = 2E ' C Rd1CE 2v2AE ' C+ = RdA 1CE r2+ = 2E ' C RdA 1CE t2+ = 2E ' C PROJETOS EM INSTRUMENTAO E AUTOMAOEng. Marcelo Saraiva CoelhoINSTRUMENTAO8 passo: Achar (corrigido) pag.79 CE2 0,65 0,281298 ? 0,288395 0,66 0,291862 Interpolao para achar :( ) 0,656718 0,65 0,65 - 0,66 .281298 , 0 291862 , 0281298 , 0 288395 , 0 ' = +((

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\|= 12PROJETOS EM INSTRUMENTAO E AUTOMAOEng. Marcelo Saraiva CoelhoINSTRUMENTAO9 passo: achar o dimetro do orifcio (d = D. )d = 202,7174 mm . 0,656718mm 133,128 d =PROJETOS EM INSTRUMENTAO E AUTOMAOEng. Marcelo Saraiva CoelhoINSTRUMENTAO13PROJETOS EM INSTRUMENTAO E AUTOMAOEng. Marcelo Saraiva CoelhoINSTRUMENTAOPROJETOS EM INSTRUMENTAO E AUTOMAOEng. Marcelo Saraiva CoelhoINSTRUMENTAOESCOLHA DO MATERIAL ESCOLHA DO MATERIAL14PROJETOS EM INSTRUMENTAO E AUTOMAOEng. Marcelo Saraiva CoelhoINSTRUMENTAOESCOLHA DA TOMADA DE IMPULSO ESCOLHA DA TOMADA DE IMPULSOPROJETOS EM INSTRUMENTAO E AUTOMAOEng. Marcelo Saraiva CoelhoINSTRUMENTAOENTRADA DE DADOS ENTRADA DE DADOS15PROJETOS EM INSTRUMENTAO E AUTOMAOEng. Marcelo Saraiva CoelhoINSTRUMENTAORESULTADOS RESULTADOSPROJETOS EM INSTRUMENTAO E AUTOMAOEng. Marcelo Saraiva CoelhoINSTRUMENTAOEXERC EXERC CIO PROPOSTO CIO PROPOSTO0,01 Poise 0,00557 Stoke 3 cP P ou p0,817 g/cm3988,9 Kg/m3817 Kg/m3P0,835 g/cm31000 Kg/m3835 Kg/m3L60 C 45 C 50 C TP25 C 25 C 25 C TL4 sch.40 2 sch.40 4 sch.40 D100 H2O 0,505 Kgf/cm22552 mmH2O P0,7. Qmx 0,7. Qmx 0,7. Qmx Qu1500 l/min 1059 pe3/h 0,025 m3/s QmaxUn. Usuais Dados Un. Usuais Dados Un.Usuais DadosFluido: leoMATERIAL DA PLACA: INOX 400Tom. de Impulso: Vena ContractaFluido: guaMATERIAL DA PLACA: INOX 316Tom. de Impulso: D e D/2Fluido: leoMATERIAL DA PLACA: INOX 316Tom. de Impulso: FlangeClculo 3 Clculo 2 Clculo 116PROJETOS EM INSTRUMENTAO E AUTOMAOEng. Marcelo Saraiva CoelhoINSTRUMENTAOEXERC EXERC CIO PROPOSTO CIO PROPOSTOClculo: Placa de Orifcio da sada de gua da bomba (FE-10105) Mtodo: ISO; Fluido: GUA; Material da Placa: Inox 316;Tom. de Impulso: D-D/2 (RADIUS) Dados Un.Usuais Qmax 5,40 m3/h Qu 0,7. Qmx d 16,81 mm D 2 sch.40 TL 59 F TP 25 C L 999,08 Kg/m3 P 995,65 Kg/m3 P ou p 0,8 cP Pmontante 3,3 kgf/cm2 A Resultado: P = ....mmH2O = ...........H2O PROJETOS EM INSTRUMENTAO E AUTOMAOEng. Marcelo Saraiva CoelhoINSTRUMENTAOEXERC EXERC CIO PROPOSTO CIO PROPOSTOClculo: Placa de Orifcio da linha de gua fria da planta piloto (FE-10300) Mtodo: ISO; Fluido: GUA; Material da Placa: Inox 316;Tom. de Impulso: FLANGE TAPS Dados Un.Usuais Qmax 1,3 m3/h Qu 0,7. Qmx P 1000 mmH2O D 1 sch.40 26,64 mm TL 15 C TP 25 C L 999,2 Kg/m3 P 997,3 Kg/m3 P ou p 0,8971 cP Pmontante 3,3 kgf/cm2 A Resultado: d = ...............mm