Placa de orifício

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Este é um dos meios mais usados para medição de fluxos. Dados de entidades da área de instrumentação mostram que, nos Estados Unidos, cerca de 50% dos medidores de vazão usados pelas indústrias são desse tipo.

Certamente as razões para tal participação devem ser as vantagens que apresenta: simplicidade, custo relativamente baixo, ausência de partes móveis, pouca manutenção, aplicação para muitos tipos de fluido, instrumentação externa, etc. Desvantagens também existem: provoca considerável perda de carga no fluxo, a faixa de medição é restrita, desgaste da placa, etc.

Figura 01 Um arranjo comum é dado na Figura 01.

A placa (com orifício de diâmetro D) provoca uma redução da seção do fluxo e é montada entre dois anéis que contêm furos para tomada de pressão em cada lado. O conjunto é fixado entre flanges, o que torna fácil sua instalação e manutenção.

A medição da diferença de pressão p1 − p2 pode ser feita por algo simples como um manômetro U e uma tabela ou uma fórmula pode ser usada para calcular a vazão. Ou pode ser coisa mais sofisticada como transdutores elétricos e o sinal processado por circuitos analógicos ou digitais para indicação dos valores de vazão.

p1 + c12 ρ / 2 = p2 + c22 ρ / 2 c22 − c12 = (2 / ρ) (p1 − p2)

Considerando o escoamento incompressível, as vazões são as mesmas em qualquer ponto. Assim,

Q = Q1 = Q2 = c1 S1 = c2 S2. Isolando a velocidade, c1 = c2 S2 / S1. Onde Q é vazão e S área da seção.

Substituindo na igualdade anterior,

c22 − c22 (S2/S1)2 = (2 / ρ)(p1 − p2) c22 = (Q/S2)2 = (2 / ρ) (p1 − p2) / (1 − (S2/S1)2)

Entretanto, essa fórmula só vale para fluidos ideais e escoamento laminar. Para fluidos reais e escoamento turbulento (o mais usual na prática), deve ser introduzido um coeficiente de escoamento Ce:

No escoamento real ocorre uma deformação das linhas de fluxo de forma aproximada com a da Figura 02.

A tomada de pressão p1 corresponde aproximadamente ao diâmetro interno da tubulação (Di da Fig 01). A tomada de pressão p2 não corresponde ao diâmetro da placa (D da Fig 01).

Portanto, a área efetiva S2 não pode ser considerada como igual à área do orifício da placa.

Na igualdade anterior pode-se considerar

Onde Cf é o coeficiente de fluxo e Sp a área do furo da placa. Assim,

O coeficiente Cf é determinado experimentalmente e valores são encontrados em tabelas. Notar que ele depende do fluido, dos diâmetros da tubulação e do orifício da placa. Instrumentos comerciais podem usar o coeficiente e indicar diretamente os valores de vazão.