Medição de Vazão Utilizando Placas com Orifícios EM974 - Métodos Computacionais em Engenharia Térmica e Ambiental – Turma A Medição de Vazão Utilizando Placas com Orifícios João Gabriel peral Valente 091674 Vitor Garcia Smith 096935

Índice 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

Placas de Orifício 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

Objetivo   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.

Coeficiente de descarga  

Coeficiente de Descarga Empírico 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.

Condições Gerais para Medição

Parâmetros Utilizados 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.

Modelo Virtual 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;

Numérico 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

Distribuição de pressão (LVEL). Resultados Distribuição de pressão (LVEL).

Resultados D Distribuição de velocidade (LVEL).

Resultados 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 - Cd=0,7003 - Erro(%)=13,74%

Influência da Velocidade do Escoamento 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

Melhoria 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. Plate

Resultados Utilizando o objeto PLATE chegou-se nos seguintes resultados: - ΔP =48171,3 Pa - Q= 70,52Kg/s - Cd=0,6277 - Erro(%)=3,9

Conclusão 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;