EM974 - Métodos Computacionaisem Engenharia Térmica e Ambiental – Turma A

Medição de Vazão Utilizando Placas com Orifícios

João Gabriel peral Valente 091674

Vitor Garcia Smith 096935

1. Placas de Orifício2. Objetivo3. Coeficiente de descarga4. Coeficiente de Descarga Empírico5. Condições Gerais para Medição6. Parâmetros Utilizados7. Modelo Virtual8. Numérico9. Resultados10. Influência da Velocidade do Escoamento11. Melhoria12. Conclusão

Índice

Placas com orifícios são utilizadas como

medidores de vazão na indústria em geral, onde representam geralmente a primeira opção nessa classe de instrumentação.

Elas possuem vantagens como: simplicidade,

custo relativamente baixo, ausência de partes móveis, pouca manutenção, aplicação para muitos tipos de fluidos e instrumentação externa. Essas vantagens são acompanhadas de uma considerável perda de carga, assim como um desgaste da placa, que necessita ser substituída de tempos em tempos.

Placas de Orifício

Placas de orifício

  O objetivo deste estudo é obter o coeficiente de descarga do fluído através de simulação numérica utilizando o pacote computacional Phoenics® e, comparar esse valor com o valor obtido através da equação empírica fornecida pela norma NBR ISO 5167-1.

Objetivo

Coeficiente de descarga

De acordo com a ABNT, é possível estimar o valor do

Cd através de uma relação empírica:

Aqui, L1 e L2 são constantes relacionadas à posição de tomada de pressão, apresentadas adiante, e são iguais a 1 e 0,47, respectivamente.

Coeficiente de Descarga Empírico

Condições Gerais para Medição

O modelo virtual utilizados possui os seguintes

parâmetros:

d = 0,12 m; D = 0,30 m; β = 0,4; Lmon = 2,4 m; Ljus = 6,0m; ρ = 998 kg/m^3; μ = 1,006∙10e-6 N∙s/m^2; Umin = 0,202829 m/s Red=60480

Utilizando os parâmetros foi encontrado, pela

fórmula empírica, Cd=0,6041.

Parâmetros Utilizados

Somente uma seção x = 1 rad do tubo foi simulada; A placa orifício foi modelada como um objeto

BLOCKAGE no ambiente virtual; A velocidade média foi configurada através de um

objeto INLET, utilizando u = 1 m/s; Para simular o escoamento, é necessário um objeto

OUTLET na saída do tubo (P = Patm); Modelos de turbulências: LVEL e KLMODL;

Modelo Virtual

A malha que obteve os melhores resultados, tanto para o modelo

de turbulência LVEL quanto para o KLMODL, tem valores de Nx=1, Ny=20 e Nz=240(70-100-70) e Power/ratio = (-1.2, 1.0, 1.2).

Numérico

Modelo LVEL com 2500 iterações. Modelo KLMODL com 1500 iterações

Numérico

Distribuição de pressão (LVEL).

Resultados

Resultados

D

Distribuição de velocidade (LVEL).

Para o modelo de turbulência LVEL, seguem os resultados:

- ΔP =38341Pa- Q= 70,52Kg/s- Cd=0,7036- Erro(%)=14,14%

Para o mesmo modelo, porém utilizando o modelo KLMODL de turbulência, os resultados são apresentados a seguir:

- ΔP =38700Pa- Q= 70,52Kg/s- Cd=0,7003- Erro(%)=13,74%

Resultados

Para o modelo LVEL, com a mesma malha e número de

iterações, variou-se a velocidade do escoamento para observar a influência do número de Reynolds:

u = 1m/s u = 100m/s-Cd = 0,7036 - Cd = 0,6964-Erro (%) = 14,14 -Erro (%) = 13,1732

u = 10 m/s-Cd = 0,7011-Erro (%) =13,8375

Influência da Velocidade do Escoamento

Para reduzir o erro em relação ao coeficiente de

descarga empírico, o objeto BLOCKAGE foi substituído por um objeto PLATE .

Foi utilizado o modelo de turbulência LVEL.

Melhoria

Plate

Utilizando o objeto PLATE chegou-se nos seguintes resultados:

- ΔP =48171,3 Pa - Q= 70,52Kg/s- Cd=0,6277- Erro(%)=3,9

Resultados

O modelo KLMODL, apesar de apresentar um coeficiente de

descarga mais próximo do empírico, apresentou maiores erros na convergência se comparado ao LVEL;

A variação da velocidade média do escoamento não interferiu no cálculo do Cd;

A modelagem da placa com o objeto PLATE, apresentou melhores resultados do que a modelagem com o objeto BLOCKAGE;

Conclusão