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UNED DE CUBATO
UTILIZADO NA DISCIPLINA: INSTRUMENTAO DE SISTEMAS
CURSO SUPERIOR DE TECNOLOGIA EM AUTOMAO E CONTROLE DE PROCESSOS INDUSTRIAIS CONTNUOS
5o MDULO
MONTAGEM: PROFESSOR MARCELO S. COELHO
Reviso 0.1 ABRIL/2007
INSTRUMENTAO DE SISTEMAS (ANEXO PLACA DE ORIFCIO)
INSTRUMENTAO DE SISTEMAS (ANEXO PLACA DE ORIFCIO)
Prof. Marcelo Saraiva Coelho 1
O dimensionamento consistir no clculo do dimetro do orifcio partir das propriedades do fluido, da vazo de operao, do dimetro interno da tubulao e da escolha do range apropriado.
Equao de trabalho para lquidos:
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) Limitaes para Placas de Orifcio:
Tomada 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
L
p22 . P . D . Fa .CE . 0,012516 Q
=
INSTRUMENTAO DE SISTEMAS (ANEXO PLACA DE ORIFCIO)
2 Prof. Marcelo Saraiva Coelho
Exemplo 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 dados
Qu (vazo usual) = 1180 GPM Tp (temperatura de operao) = 140 F p (viscosidade abs. temp. de operao) = 0,45 cp p (densidade relativa temp. de operao) = 0,74 L (densidade relativa temp. de leitura) = 0,759 Pp (presso de operao) = 92 PSIG D (dimetro nominal da tubulao) = 8 sch 40
2 passo: Preparar a equao de trabalho para obter o coeficiente de Vazo:
p2
max2
P. D . Fa . 0,012516Q
CE
=
.
. L
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3 passo: Preparar os dados.
a) 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 . 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 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 mmH2O
200 x 25,4 = 5080
portanto:
c) D: O dimetro interno da tubulao encontrado atravs da tabela pag. 10 em funo do schedule.
8 sch40 = 7,981
convertendo em milmetros:
7,981 x 25,4 = 202,7174 mm
portanto:
Qmax = 380 m3/h
P = 5080 mmH2O
D = 202,7174 mm
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4 Prof. Marcelo Saraiva Coelho
d) Fa: O fator de dilatao do elemento primrio obtido na pag. 10 em funo da temperatura e do material da placa:
t = 60 C (140 F) e Material = Ao carbono Portanto:
e) p e L: Para obter a massa especfica basta multiplicar a densidade pela massa especfica da gua (1000 Kg/m3).
portanto:
4 passo: Calcular o coeficiente de vazo.
( ) 740 . 5080 . 202,7174 . 1,001 . 0,012516759 . 380CE 2
2=
5 passo: Calcular o nmero de Reynolds (obs.: utilizar Qusual e L) Qusual = 1180 GPM = 268 m3/h e L = 759 Kg/m3
6 passo: Encontrar Af em funo de tipo de tomada, D e CE2
Tipo de tomada: Flange Taps D = 7,981 CE2 = 0,288933 portanto na tabela Pag.12:
Fa = 1,001
p = 740 Kg/m3 L = 759 Kg/m3
e
0,288933 CE 2 =
788.604 0,45 . 202,7174
759 . 268 . 353,66 Rd ==
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CE2 Af 0,281298 1405,06 0,288933 ? 0,291862 1496,74
Interpolao para achar Af:
( ) 1405,06 1405,06-1496,74 . +
=
281298,0291862,0281298,0288933,0Af
7 passo: Calcular o coeficiente de vazo corrigido (CE2)
Flange Taps Vena Contracta Radius Taps Pipe Taps Coeficiente de Vazo (CE2)
RdA
1
CE
f
2
+
=2E'C
Rd 1
CE
2
v
2
AE'C+
=
RdA
1
CE
r
2
+
=2E'C
RdA
1
CE
t
2
+
=2E'C
8 passo: Achar (corrigido) pag.12
CE2 0,65 0,281298
? 0,288395 0,66 0,291862
Af = 1471,32
7886041471,32 1
0,288933
RdA
1
CE '
f
22
+=
+
=
EC
CE2 = 0,288395
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Interpolao para achar :
( ) 0,65 0,65-0,66 . +
=281298,0291862,0281298,0288395,0
'
Obs.: dentro dos limites (pag. 1)
9 passo: achar o dimetro do orifcio (d = D. )
= 0,656718
d = 202,7174 mm . 0,656718
d = 133,128 mm
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Software para Clculo de Placa de Orifcio ELEMVAZ a) Selecionar a opo "Clculo"
Lista Arquivo Projeto Clculo Fim b) Definir os parmetros para clculo
Parmetros para Clculo Fluido: Lquido
Sistema: Mtrico Vazo: em Volume
Mtodo: Delme Calcular: Dimetro
c) Selecionar o material da Placa de Orifcio
d) Selecionar o tipo de Tomada de Impulso
e) Entrar com os dados para clculo
f) Obter o resultado do clculo
Escolha do Material
Escolha da Tomada de Impulso
Entrada de Dados
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CALCULAR PLACA DE ORIFCIO USANDO O SOFTWARE ELEMVAZ Clculo: 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
Grandeza Unidade Descrio
Qmax m3/h Vazo mxima ( temperatura de leitura) QU m3/h Vazo Usual
P mmH2O Presso Diferencial
D mm Dimetro Interno da Linha
TL C Temperatura de Leitura
TP C Temperatura de Projeto (operao) L Kg/m3 Massa Especfica TL
P Kg/m3 Massa Especfica TP
P centipoise Viscosidade Absoluta TP
P
Kgf/cm2 Presso Montante
d mm Dimetro do Orifcio da Placa
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Clculo: Placa de Orifcio da linha de gua fria (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
Grandeza Unidade Descrio
Qmax m3/h Vazo mxima ( temperatura de leitura) QU m3/h Vazo Usual
P mmH2O Presso Diferencial
D mm Dimetro Interno da Linha
TL C Temperatura de Leitura
TP C Temperatura de Projeto (operao) L Kg/m3 Massa Especfica TL
P Kg/m3 Massa Especfica TP
P centipoise Viscosidade Absoluta TP
P
Kgf/cm2 Presso Montante
d mm Dimetro do Orifcio da Placa
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DIMETRO INTERNO DA TUBULAO
FATOR DE DILATAO DO ELEMENTO PRIMRIO
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COEFICIENTE DE VAZO PARA TOMADA DE FLANGE
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COEFICIENTE DE VAZO PARA TOMADA DE FLANGE
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COEFICIENTE DE VAZO PARA TOMADA DE FLANGE
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COEFICIENTE DE VAZO PARA TOMADA RADIUS
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Prof. Marcelo Saraiva Coelho 15
COEFICIENTE DE VAZO PARA TOMADA RADIUS
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COEFICIENTE DE VAZO PARA TOMADA RADIUS
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COEFICIENTE DE VAZO PARA VENA CONTRACTA
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COEFICIENTE DE VAZO PARA VENA CONTRACTA
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COEFICIENTE DE VAZO PARA VENA CONTRACTA