Anexo para Cálculo Placa de OrifÃcio
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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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