De todos os elementos de medição de fluxo baseados em pressão existentes, o mais comum é a placa de orifício . Esta é simplesmente uma placa de metal com um orifício no meio permitindo a passagem do fluxo do fluido. As placas de orifício geralmente são encaixadas entre dois flanges na tubulação ou em alguns casos são instalados em dispositivos especiais chamados "porta placas":
O ponto em que o perfil de fluxo de fluido se restringe a uma área de seção transversal mínima após fluir através do orifício é chamado de "vena" contracta e é a área de pressão mínima de fluido.
Vena contracta
A "vena" contracta corresponde à garganta estreita de um tubo de venturi. A localização precisa da veia contracta para uma instalação de placa de orifício varia com a taxa de fluxo e também com a razão beta (β) da placa de orifício, definida como a razão entre o diâmetro do furo (d) e o diâmetro interno do tubo (D):
Placa de Orifício Concêntrico
O formato mais simples da placa de orifício é o orifício concêntrico de arestas quadradas. Esse tipo de placa de orifício é fabricado usinando um orifício preciso e reto no meio de uma placa de metal fina.
Olhar para uma vista lateral de uma placa de orifício concêntrico de aresta quadrada revela bordas afiadas (cantos de 90º) no orifício:
Placas de orifício com arestas quadradas
As placas de orifício com arestas quadradas podem ser instaladas em qualquer direção, uma vez que a placa de orifício “aparece” exatamente a mesma em qualquer direção da abordagem de fluido.
De fato, isso permite que placas de orifício com arestas quadradas sejam usadas para medir as taxas de fluxo bidirecionais (onde a direção do fluxo do fluido se reverte de tempos em tempos).
Uma etiqueta (TAG) de texto impressa no “placada de identificação="Raquete” de qualquer placa de orifício identifica habitualmente o lado a montante dessa placa, mas no caso da placa de orifício com arestas quadradas, isso não importa.
Por exemplo: Aqui na imagem abaixo, Label é: INLET
Cortesia da imagem: Emerson
O objetivo de ter uma borda quadrada no orifício em uma placa de orifício é minimizar o contato com a corrente de fluido em movimento rápido que atravessa o orifício. Idealmente, essa borda será afiada.
Se a placa do orifício for relativamente grossa (1/8 ou uma polegada ou mais), pode ser necessário chanfrar o lado a jusante do furo para minimizar ainda mais o contato com a corrente de fluido:
Observando a vista lateral dessa placa de orifício , a direção do fluxo pretendida é da esquerda para a direita, com a borda afiada voltada para a corrente de fluido de entrada e o chanfro fornecendo uma saída sem contato para o fluido. As placas de orifício chanfradas são obviamente unidirecionais e devem ser instaladas com o texto da pá voltado para montante.
Existem outras placas de orifício com arestas quadradas para tratar condições em que bolhas de gás ou partículas sólidas podem estar presentes nos fluxos de líquido ou onde gotículas de líquido ou partículas sólidas podem estar presentes nos fluxos de gás.
Placa de Orifício Excêntrico
O primeiro desse tipo é chamado de placa de orifício excêntrico, em que o orifício está localizado fora do centro para permitir que partes indesejadas do fluido passem pelo orifício, em vez de se acumularem na face a montante:
Para fluxos de gás umido ou sujo, o furo deve ser deslocado para baixo, para que quaisquer gotículas de líquido ou partículas sólidas possam passar facilmente. Para fluxos de líquidos, o orifício deve ser deslocado para cima para permitir a passagem de bolhas de gás e deslocado para baixo para permitir a passagem de sólidos pesados.
Placa de orifício segmentar
O segundo tipo de placa de orifício descentralizado é chamado placa de orifício segmentar, em que o furo não é circular, mas apenas um segmento de um círculo concêntrico:
Como no desenho da placa de orifício excêntrico, o furo segmentar deve ser deslocado para baixo em aplicações de fluxo de gás e para cima ou para baixo em aplicações de fluxo de líquido, dependendo do tipo de material indesejado na corrente de fluxo.
Placa de orifício com orifícios de ventilação e drenagem
Uma alternativa para compensar ou remodelar o orifício de uma placa de orifício é simplesmente perfurar um pequeno orifício próximo à borda da placa, nivelar com o diâmetro interno do tubo, permitindo que substâncias indesejadas passem pela placa em vez de se acumularem na placa. lado a montante.
Se um orifício desse tipo for orientado para cima para passar bolhas de vapor, é chamado de orifício de ventilação. Se o orifício é orientado para baixo para passar gotículas de líquidos ou sólidos, é chamado de orifício de drenagem. Os orifícios de ventilação e drenagem são úteis quando a concentração dessas substâncias indesejáveis não é significativa o suficiente para garantir um orifício excêntrico ou segmentar:
A adição de um orifício de ventilação ou dreno deve ter um impacto insignificante no desempenho de uma placa de orifício devido ao seu pequeno tamanho em relação ao furo principal. Se a quantidade de material indesejável no fluxo (bolhas, gotículas ou sólidos) for excessiva, uma placa de orifício excêntrico ou segmentar pode ser uma escolha melhor.
Algumas placas de orifício empregam orifícios sem bordas quadradas com o objetivo de melhorar o desempenho em valores baixos de número de Reynolds, onde os efeitos da viscosidade do fluido são mais aparentes. Esses tipos de placas de orifício empregam orifícios de entrada arredondados ou cônicos, em um esforço para minimizar os efeitos da viscosidade do fluido.
Experiências mostraram que o número reduzido de Reynolds faz com que a corrente de fluxo não se contraia tanto ao viajar através de um orifício, limitando a aceleração do fluido e diminuindo a quantidade de pressão diferencial produzida pela placa do orifício.
Entretanto, experimentos também mostraram que o número reduzido de Reynolds em um elemento de fluxo do tipo venturi causa um aumento na pressão diferencial devido aos efeitos do atrito contra as paredes do cone de entrada.
Ao fabricar uma placa de orifício de forma que o furo exiba propriedades "tipo venturi" (ou seja, uma borda opaca em que a corrente de fluido em movimento rápido tenha mais contato com a placa), esses dois efeitos tendem a se cancelar, resultando em uma placa de orifício que mantém precisão consistente a taxas de fluxo mais baixas e / ou viscosidades mais altas que o orifício simples com arestas quadradas.
Placas de orifício com borda quadrante
Dois projetos comuns de placa de orifício sem borda quadrada são os orifícios de borda quadrante e de entrada cônica. A aresta do quadrante é mostrada primeiro:
Essas placas de orifício empregam orifícios sem bordas quadradas com o objetivo de melhorar o desempenho em valores baixos de número de Reynolds, onde os efeitos da viscosidade do fluido são mais aparentes.
Emprega orifícios de entrada arredondados ou cônicos, em um esforço para minimizar os efeitos da viscosidade do fluido.
Experimentos demonstraram que o número reduzido de Reynolds em um elemento de fluxo do tipo venturi causa um aumento na pressão diferencial devido aos efeitos do atrito contra as paredes do cone de entrada.
Ao fabricar uma placa de orifício de forma que o furo exiba propriedades "parecidas com venturil" (isto é, uma borda opaca em que a corrente de fluido em movimento rápido tenha mais contato com a placa), esses dois efeitos tendem a se cancelar, resultando em um orifício placa que mantém precisão consistente em vazões mais baixas e / ou viscosidades mais altas que o orifício simples com arestas quadradas.
Aplicações
Usado para fluidos de alta viscosidade, como petróleo pesado, xaropes e polpas. É sempre recomendado para o fluxo em que o número de Reynolds é menor que 10.000.
Placa de orifício de entrada cônica
A placa de orifício de entrada cônica se parece com uma placa de orifício de borda quadrada chanfrada instalada para trás, com fluxo entrando no lado cônico e saindo pelo lado com aresta quadrada:
Aqui, é de vital importância prestar atenção ao rótulo de texto da raquete. Essa é a única indicação segura de qual direção uma placa de orifício precisa ser instalada. Pode-se facilmente imaginar um técnico de instrumentação confundindo uma placa de orifício de entrada cônica com uma placa de orifício de borda quadrada e chanfrada e instalando-a para trás!
Fonte de pesquisa :
Emerson: https://www.emerson.com
Endress+Hauser: https://www.endress.com
Manual de medição de vazão (Gerard J. Delmée volume 3)
WIKA: www.wika.com
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