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EM974 - Métodos Computacionais em Engenharia Térmica e Ambiental – Turma A Medição de Vazão Utilizando Placas com Orifícios João Gabriel peral Valente091674.

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1 EM974 - Métodos Computacionais em Engenharia Térmica e Ambiental – Turma A Medição de Vazão Utilizando Placas com Orifícios João Gabriel peral Valente Vitor Garcia Smith

2  1.Placas de Orifício 2.Objetivo 3.Coeficiente de descarga 4.Coeficiente de Descarga Empírico 5.Condições Gerais para Medição 6.Parâmetros Utilizados 7.Modelo Virtual 8.Numérico 9.Resultados 10. Influência da Velocidade do Escoamento 11. Melhoria 12. Conclusão Índice

3  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

4  Placas de orifício

5  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 Objetivo

6   Coeficiente de descarga

7  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

8 Condições Gerais para Medição

9  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, m/s Red=60480 Utilizando os parâmetros foi encontrado, pela fórmula empírica, Cd=0,6041. Parâmetros Utilizados

10  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

11  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( ) e Power/ratio = (-1.2, 1.0, 1.2). Numérico

12    Modelo LVEL com 2500 iterações. Modelo KLMODL com 1500 iterações Numérico

13  Distribuição de pressão (LVEL). Resultados

14  D Distribuição de velocidade (LVEL).

15  Para o modelo de turbulência LVEL, seguem os resultados: - Δ P =38341Pa - Q= 70,52Kg/s - Cd=0, Erro(%)=14,14% Para o mesmo modelo, porém utilizando o modelo KLMODL de turbulência, os resultados são apresentados a seguir: - Δ P =38700Pa - Q= 70,52Kg/s - Cd=0, Erro(%)=13,74% Resultados

16  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, Cd = 0,6964 -Erro (%) = 14,14 -Erro (%) = 13,1732 u = 10 m/s -Cd = 0,7011 -Erro (%) =13,8375 Influência da Velocidade do Escoamento

17  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

18  Utilizando o objeto PLATE chegou-se nos seguintes resultados: - Δ P =48171,3 Pa - Q= 70,52Kg/s - Cd=0, Erro(%)=3,9 Resultados

19  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


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