Elementos primarios de vazao

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Bringer Comércio de Instrumentação Ltda.

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Elementos Primários de Vazão Modelo BRFE – Manual Técnico

Os elementos geradores de pressão diferencial constituem-se em restrições para o fluxo quando montados em tubos; a análise do comportamento da pressão indica estabilidade na região montante do elemento primário, com pequeno aumento na região adjacente à placa; após a passagem do fluído pelo orifício ocorre uma queda brusca na pressão, iniciando-se, posteriormente, a recuperação parcial, completada na região de 8 diâmetros na juzante da placa.

VAZÃO VOLUMÉTRICA Q = K (∆P)0.5 VAZÃO MÁSSICA W = K (∆P)0.5

Onde: Q = vazão em volume

W = vazão em massa K = constante da medição

∆P = pressão diferencial

C – PLACAS DE ORIFÍCIO C1 – PLACAS DE ORIFÍCIO CONCÊNTRICO

Operam com fluídos limpos ou com partículas de tamanho reduzido e de baixa concentração; possuem precisão elevada, ótima repetibilidade e durabilidade e as equações de seus coeficientes são regidas por normas (ASME, ISO, AGA). Existem, basicamente, 3 estilos de orifícios concêntricos:

ORIFÍCIOS DE CANTO VIVO: Apresentam, na face de entrada, uma aresta viva, seguida de parte cilíndrica e um chanfro. A face de entrada deve ser bem acabada e plana e o canto vivo não pode apresentar rebarbas, pancadas ou outras irregularidades.

Este estilo opera com fluído de baixa viscosidade e sem partículas em suspensão, que poderiam acumular na face de entrada. É o tipo mais comum, sendo usado para ar, gases em geral, líquidos e vapor.

A forma de construção pode prever instalação entre flanges de orifício ou comuns; a vedação com as flanges pode ser executada por juntas comuns, espirotálicas ou por anéis metálicos (RTJ); construção especial pode incorporar as tomadas de pressão no corpo da placa.

A presença de condensados nos gases ou de gases nos líquidos pode determinar o uso de pequenos furos de dreno na parte inferior da placa ou de respiro na parte superior; altas pressões diferenciais, somadas à temperatura elevada, determinam placas mais espessas, a fim de evitar empenamento, o que iria contrariar a exigência de alta planicidade.

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ORIFÍCIOS 1/4 DE CÍRCULO: Apresentam, na entrada do orifício, um raio na forma de um quadrante; são adequados para líquidos de viscosidade média para alta e somente devem ser usados quando os limites do número de Reynolds tenham sido ultrapassados pelos orifícios de canto vivo; a execução do raio com alta precisão é difícil, requerendo equipamentos e técnicas especiais na inspeção.

ORIFÍCIOS DE ENTRADA CÔNICA: A entrada do orifício possui um cone e, posteriormente, uma parte cilíndrica; são adequados para líquidos de viscosidade elevada, com baixos valores do número de Reynolds.

C2 – PLACAS DE ORIFÍCIO EXCÊNTRICO OU SEGMENTAL

Operam com fluídos particulados e tanto o orifício excêntrico como o segmental devem ser posicionados na base do tubo.

Apresentam os mesmos requisitos de acabamento e planicidade dos orifícios concêntricos. O estilo de construção permite que as partículas, que fluem pela base do tubo, escoem pelos orifícios, sem que haja acúmulo delas na face de entrada da placa.

C3 – MATERIAL DAS PLACAS

Para aplicações comuns usamos o inox 316 (ou 304), nas normas AISI ou ASTM; aplicações severas de corrosão ou compatibilidade com o fluído podem exigir materiais mais nobres como o Titânio, Monel, Tântalo, Hastelloy, Níquel ou Teflon. Para exigências de abrasão poderemos usar materiais de dureza elevada.

Aplicações em vapor com temperaturas superiores a 400ºC exigem o uso do AISI 310; no caso de dúvidas quanto ao material adequado, sugerimos consultar o Guia de Corrosão neste Manual.

C4 – TUBOS E NORMAS

- A norma ISA RP 3.2 fornece as dimensões de placas para várias classes de pressão de flanges, para tubos de diâmetros nominais de 1" até 24". - A norma ISO 5167 possibilita calcular e executar placas para tubos entre 2" e 40".

- A norma ANSI/API 2530 fornece dados para execução de placas entre 2" e 30".

- Entre diâmetros nominais de 1/2" e 1.1/2" a construção é baseada no "ASME FLUID METERS", apresentando sistema de centragem da placa e acabamento especial na superfície interna do tubo; o sistema de medição é composto por trechos retos de tubos calibrados, soldados em flanges especiais que fixam a placa de orifício (ver item C6).

C5 – PRECISÃO DA MEDIÇÃO

É dependente da relação β, de variações na pressão, temperatura, densidade, composição do fluído, centragem da placa e das juntas; sofre interferência da precisão na execução do furo da placa, da qualidade e precisão do instrumental e da existência de trechos retos mínimos.

sistemas informatizados de computação da vazão

A precisão global da medição está entre 0.5 e 1% e pode ser aumentada com a utilização de

O aumento na precisão pode ser obtido pela execução do meter run (conjunto de medição), montado em bancada, composto por trechos de tubos, flanges, placa, estojos e porcas; este sistema elimina os problemas causados pela montagem no campo, principal fonte de erros na medição.

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C6 – METER RUN PARA TUBOS REDUZIDOS

Adequado para dutos com diâmetros entre 1/2" e 1.1/2", sendo constituídos por trechos de tubo na montante e juzante da placa, por flanges especiais tipo orifício, pela placa autocentrante, juntas, porcas e estojos. A autocentragem e perpendicularidade da placa, em relação ao eixo do tubo, eliminam os erros de posicionamento da placa entre as flanges; a montagem do conjunto é executada em bancada.

A superfície interna dos tubos, nas proximidades da placa, é usinada e acabada por lixamento, a fim de dar precisão ao diâmetro interno do tubo e reduzir a interferência da rugosidade. A finalidade da existência dos trechos retos é eliminar fontes de perturbação que poderiam distorcer o perfil da velocidade do fluído; o trecho montante apresenta comprimento equivalente a 20 diâmetros do tubo e, na juzante, ao redor de 7 diâmetros.

CONEXÃO: Ao processo - por flanges, extremidades para solda ou por rosca. Ao instrumento - 1/2" NPT ou encaixe para solda

MATERIAL: Das flanges - ASTM a 105 ou Inox 304 / 316

Dos tubos - ASTM a 106 Gr B ou Inox 304/316 Juntas - estilo Klingerit, de 1/16" de espessura Estojos e porcas - ASTM A 193-B7 e 194-2H

TIPOS DE TOMADAS: Corner com câmaras anulares PRECISÃO: Ao redor de 1.5% CONSTRUÇÃO E CÁLCULO: Segundo ASME TUBOS/SCHEDULE: Diâmetros de 1/2" - 3/4" - 1" - 1.1/2". Dar preferência ao schedule 80 INSTRUMENTAL: Opera com os transmissores convencionais.

C7 – METER RUN PARA TUBOS DE 2" OU MAIORES

A montagem no campo de flanges e placas de orifício apresenta dificuldades que podem comprometer a precisão da medida. A mão-de-obra, geralmente, não é especializada e o local pode ser de difícil acesso. O custo da instalação é elevado e a experiência demonstra que os grandes erros na medição da vazão são provocados por instalações deficientes. Entre os erros comuns observados destacamos:

- centragem inadequada da placa em relação ao eixo do tubo;

- as juntas são executadas com medidas incorretas, avançando para dentro do tubo, formando obstáculos ao fluxo; observamos, freqüentemente, juntas fora de centro em relação ao eixo do tubo; juntas com diâmetro interno igual ao furo da placa já foram encontradas.

- a união por solda entre o tubo e flanges com pescoço é feita de topo; é comum observarmos a falta de alinhamento entre os diâmetros internos das flanges e do tubo, formando um degrau que perturba o perfil da velocidade; borras de solda na superfície interna do tubo produzem o mesmo efeito distorsivo, que será tão mais grave quanto mais perto das tomadas de pressão localizarem-se as borras; é o caso típico da solda no lado montante da placa, executada perto da tomada de alta pressão, ao se usar flanges de orifício com pescoço.

- a interseção da superfície interna do tubo ou da flange com o furo da tomada de pressão deve ser em canto aproximadamente vivo, sem rebarbas ou qualquer tipo de deformação. A presença de arredondamento ou chanfro exagerados na interseção pode gerar erros tão mais significativos quanto maior for a pressão do fluído.

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O Meter Run montado em bancada reduz ou elimina as fontes de erro descritas acima; a montagem no campo é reduzida à solda do tubo do processo com os do Meter Run, efetuada distante da placa e das tomadas de pressão, onde erros de alinhamento não afetam a medida.

O uso de flanges sobrepostas elimina a solda de topo. As flanges são centradas em relação à linha de centro do tubo, o mesmo acontecendo com a placa e juntas. A junção entre a tomada de pressão e a superfície interna do tubo é executada em canto vivo.

CONEXÃO: Ao processo - por flanges, ou extremidades para solda Ao instrumento - 1/2" NPT ou encaixe para solda

MATERIAL: Das flanges - ASTM a 105 ou Inox 304 / 316

Dos tubos - ASTM a 106 Gr B ou Inox 304/316 Juntas - estilo Klingerit, de 1/16" de espessura Estojos e porcas - ASTM A 193-B7 e 194-2H

TIPOS DE TOMADAS: Normalmente, nas flanges; o estilo de tomadas no canto pode ser usado através de câmaras anulares ou nas próprias flanges em tomadas simples; os estilos D - D/2 e Vena Contracta somente devem ser usados em dutos maiores que 4" porque, em diâmetros menores, a tomada de baixa pressão poderá ficar posicionada sobre a flange juzante. O estilo tomadas na tubulação pode ser usado livremente.

PRECISÃO: Ao redor de 1% CONSTRUÇÃO E CÁLCULO: Segundo ASME/AGA/ISSO TUBOS/SCHEDULE: Diâmetros iguais ou maiores que 2" e em vários schedules INSTRUMENTAL: Opera com os transmissores convencionais.

O princípio de operação é idêntico ao das placas de orifício, constituindo-se em elemento primário gerador de pressão diferencial; a relação entre a vazão e o diferencial de pressão segue a equação apresentada na folha 1, item B.

Pode operar com: - líquidos limpos, sujos, viscosos ou corrosivos

- gases limpos ou sujos

- vapor A aplicação principal dos Bocais é a medição de vapor em regime severo de pressão, temperatura e velocidade; pela sua rigidez é dimensionalmente mais estável que as placas de orifício em velocidade e temperatura elevadas; é o caso típico do vapor superaquecido em saídas de caldeira.

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D1 – BOCAL ISA 1932 A face de entrada apresenta contorno com raio duplo.

D2 - BOCAL ASME LONG RADIUS O contorno da face de entrada é a curvatura de um quadrante de uma elipse.

D3 – MATERIAL

Para temperaturas e fluídos normais usamos o inox 316 e para serviços mais severos, em temperaturas superiores a 400ºC, recomendamos o inox 310.

D4 – TOMADAS DE PRESSÃO BOCAL ISA: Devem ser do tipo no canto, em câmaras anulares ou por tomadas simples; é possível incorporar as tomadas de pressão ao Bocal. BOCAL LONG RADIUS: As tomadas de pressão são posicionadas na parede do tubo.

BOCAL ISA: ±1%

D5 – PRECISÃO BOCAL LONG RADIUS: Entre ±0.8 e 2%

D6 – MONTAGEM

Para aplicações comuns os Bocais de Vazão são montados entre flanges e para operação com vapor superaquecido, em pressão e temperatura elevadas, serão necessárias flanges com vedação por anel metálico, em classes de pressão elevadas. A fim de reduzir a probabilidade de vazamentos o Bocal poderá ser soldado de topo com o tubo ou inserido no tubo e soldado.

Pertence, também, à categoria dos elementos primários geradores de pressão diferencial e pode operar com líquidos, gases e vapor; são instalados em série com a tubulação e a passagem do fluído pela garganta gera aumento da velocidade e redução da pressão estática do fluído. A equação da vazão é idêntica à das placas de orifício.

Dentre as aplicações do Venturi destacamos a medição de ar de combustão de caldeiras, gases de baixa pressão onde se requer perda de carga permanente reduzida e, pelo mesmo motivo, medição de água em grandes dutos.

Apresenta custo de aquisição superior ao das placas de orifício e, como vantagens, gera valor reduzido de perda de carga permanente e pode ser aplicado em fluídos sujos; não possui obstáculos à passagem do fluído e, consequentemente, não retém partículas.

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E1 – TIPOS

Podem ser aplicados em dutos circulares, quadrados ou retangulares; o estilo mais usado é o circular, apresentado em dois modelos: - CONE CONVERGENTE DE CHAPA BRUTA: Recomendado até 48"; suas partes são calandradas e, se necessário, a garganta poderá ser usinada após a calandragem. - CONE CONVERGENTE USINADO: Em tubos inferiores a 10" torna-se difícil a dobra das chapas nas calandras normais e, por este motivo, os Venturis abaixo deste valor são executados por usinagem, partindo de barras maciças ou tubos mecânicos.

E2 – CÁLCULO E EXECUÇÃO Através do "ASME Fluid Meters".

E3 – MATERIAL De uso normal o aço carbono e, se necessário, o inox 304 ou 316.

E4 – CONEXÃO

Ao processo - ponta para solda ou flange Ao instrumento: meia luva 1/2" NPT ou flange

E5 - PRECISÃO - CONE USINADO: ±1% (entre 2 e 8")

- CONE DE CHAPA BRUTA: ±1.5 % (entre 10 e 48")

Os geradores de pressão diferencial são os mais escolhidos pelo longo histórico de uso em muitas
aplicáveis
GÁS/VAPOR LÍQUIDOS T P PT R M
L S L V S C LAMA E R RO E Í
I U I I U O F A M E ET Y N
M J M S J R I B P S CA N I
MEDIDOR TUBO P O P C O R B R E S IL O M
POL O O O O R A R Ã SL O
S S O S A O ÃD
O I S I T O S
V O V U

O engenheiro de instrumentação, na escolha do medidor adequado, tem, no mercado, uma grande variedade de tipos e estilos, que abrangem diversas aplicações. Estima-se que existam, no mínimo, 100 tipos de medidores sendo comercializados. Os medidores são escolhidos com base no custo de aquisição e de instalação, necessidade de medidor reserva, tamanho da linha, precisão requerida, fluído a ser medido, seu estado (gás, vapor ou líquido) e faixa do medidor. aplicações. Quando outros estilos são selecionados, o motivo está na necessidade da alta rangeabilidade, precisão pontual maior, que não obstrua ou razões sanitárias. Como regra geral, podemos afirmar que outros estilos de medidores não serão competitivos em aplicações onde os geradores de pressão diferencial forem

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