Projeto Pro jeto ABNT AB NT NBR NBR ISO 5167-2 5167-2
Medição de vazão vazão de fluidos por dispositi dispo sitivos vos de pressão pressão diferencial, diferencial, inseridos em condutos condu tos forçados de seção seção transversal transversal circular ci rcular Parte 2: Placas de Orifício Origem – Projeto ABNT NBR ISO 5167-2:200X ABNT/CB-04 – Comitê Brasileiro de Máquinas e Equipamentos Mecânicos CE-04:005.10 – Comissão de Estudo de Instrumentos de Medição de Vazão de Fluidos fl uid flow fl ow by men as of press pre ssure ure dif fer ent ial dev ices ic es ABNT NBR ISO 5167-1 – M esu rem ent of fluid inserted in circular cross section conduits runing full – Part 1: General principles and requirements
Descriptors: Flow meter. Or ifice plate. Nozzles, Measurement Measurement instrument. instrument . Esta Norma é equivalente à ISO 5167-2:2003 Esta Norma cancela e substitui a ABNT NBR ISO 5167-1:1994 5167-1:1994 Sumário Prefácio Introdução 1 Escopo 2 Referências normativas 3 Termos, definições e símbolos 4 Princípios do método de medição e cálculo 5 Placas de orifício 5.1 Descrição 5.1 Descrição 5.2 Tomadas de pressão 5.3 Coeficientes e incertezas correspondentes de placas de orifício 5.4 Perda 5.4 Perda de carga 6 Requisitos de instalação 6.1 Geral 6.2 Com 6.2 Comprimentos primentos mínimos de trechos retos a montante e a jusante para instalação entre várias singularidades e a placa de orifício 6.3 Condicionadores 6.3 Condicionadores de escoamento 6.4 Circularidade e cilindricidade do tubo 6.5 L 6.5 Localização ocalização de placa de orifício e elementos porta-placa 6.6 Método de fixação e juntas Anexo An exo A Tabelas de coeficientes de descarga e fatores de expansão (informativo) Anexo An exo B Condicionadores de escoamento (informativo) Anexo An exo C Bibliografia (informativo)
Prefácio nacional A ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas - é o Fórum nacional de normalização. As Normas brasileiras, cujo conteúdo é de responsabilidade dos Comitês Brasileiros (ABNT/CB) e dos Organismos de Normalização Setorial (ABNT/ONS), são elaboradas por Comissões de Estudo (CE), formadas por representantes dos setores envolvidos, delas fazendo parte: produtores, consumidores e neutros (universidades, laboratórios e outros). Os Projetos de Norma Brasileira, elaborados no âmbito dos ABNT/CB e ABNT/ONS, circulam para consulta nacional entre os associados da ABNT e demais interessados. A ABNT NBR ISO 5167-2 foi elaborada pela Comissão de estudos de medidores de vazão da ABNT/CB-04 - Comitê brasileiro de máquinas e equipamentos mecânicos, tendo como base o texto original da ISO 5167-2: 2003 Mesurement of fluid flow by means of pressure differential devices inserted in circular cross section conduits runing full – part 2: Orifice plates.
Esta segunda edição da ABNT NBR ISO 5167-1 cancela e substitui a edição anterior (ABNT NBR ISO 5167-1:1994).
A ABNT NBR ISO 5167, sob o título geral de “Medição de vazão de fluidos por dispositivos de pressão diferencial inseridos em condutos forçados de seção transversal circular”, tem previsão de conter as seguintes partes: – Parte 1: Princípios e requisitos gerais
– Parte 2: Placas de orifício – Parte 3: Bocais e bocais Venturi – Parte 4: Tubos Venturi Esta Norma contém os anexos A a C de caráter informativo.
Introdução A ABNT NBR ISO 5167, composta de quatro partes, abrange a geometria e o método de utilização (condições de instalação e operação) de placas de orifício, bocais e tubos Venturi, quando inseridos em condutos forçados, para determinar a vazão do fluido e sua respectiva incerteza. A ABNT NBR ISO 5167 é aplicada apenas a dispositivos de pressão diferencial em que o escoamento permanece subsônico na seção de medição e onde o fluido pode ser considerado monofásico, mas não se aplica à medição de escoamento pulsante. Esses dispositivos podem ser usados apenas dentro dos limites especificados de diâmetro do tubo e número de Reynolds. A ABNT NBR ISO 5167 trata de dispositivos com os quais foram feitos experimentos de calibração direta suficientes em número, amplitude e qualidade para permitir, baseados em seus resultados, a aplicação de sistemas coerentes e estabelecer coeficientes com determinados limites previsíveis de incerteza. Os dispositivos inseridos na tubulação são chamados “elementos primários”. O termo elemento primário também inclui as tomadas de pressão. Todos os outros instrumentos ou dispositivos necessários para a medição são conhecidos como “elementos secundários”. A ABNT NBR ISO 5167 abrange os elementos primários; os elementos secundários1) são abordados apenas ocasionalmente. A ABNT NBR ISO 5167 é prevista para ser composta c omposta de quatro partes: a) A ABNT NBR ISO 5167-1 apresenta termos e definições gerais, símbolos, princípios e requisitos, bem como os métodos de medição e de estimativa de incerteza que devem ser utilizados em conjunto com as partes 2 a 4 da ABNT NBR ISO 5167. b) A Parte 2 da ABNT NBR ISO ISO 5167 especifica as placas de orifício que podem ser usadas com tomadas de pressão no canto (corner taps), no raio (D e D/22) ) e no flange (flange taps). c) A Parte 3 da ABNT NBR ISO 5167 especifica os bocais ISA 19323), bocais de raio longo e bocais Venturi, que diferem entre si na forma e posição das tomadas de pressão. d) A Parte Parte 4 da ABNT NBR ISO 5167 especifica tubos Venturi Venturi clássicos4). Aspectos de segurança não são abordados nas partes 1 a 4 da ABNT NBR ISO 5167. É responsabilidade do usuário garantir que o sistema cumpra os regulamentos de segurança aplicáveis. apli cáveis.
1)
Consultar a ISO 2186:1973, Fluid flow in closed conduits – Connections for pressure signal transmissions between primary and secondary element. Nova versão dessa norma está prevista para ser publicada pela ISO em 2007 . 2) Placas de orifício com tomadas de pressão de vena contracta não são consideradas na ISO 5167. 3) ISA é a abreviatura para a Federação Internacional de Associações de Normas Internacionais, sucedida pela ISO em 1946. 4) Nos Estados Unidos, o tubo Venturi clássico é algumas vezes chamado de tubo Herschel Venturi .
1
Escopo
Esta parte da ABNT NBR ISO 5167 especifica a geometria e o método de utilização (instalação e condições de operação) de placas de orifício quando elas são instaladas em condutos forçados para determinar a vazão de fluidos que escoam através da tubulação. Esta parte da ABNT NBR ISO 5167 também fornece informações básicas para o cálculo da vazão e é aplicável em conjunto com os requisitos apresentados na ABNT NBR ISO 5167-1. Esta parte da ABNT NBR ISO 5167 é aplicável a elementos primários tendo placas de orifício utilizadas com tomadas de pressão do tipo flanges, tomadas de pressão do tipo cantos e tomadas de pressão do tipo D e D/2. Outros tipos de tomadas de pressão como a “vena contracta” e as tomadas de pressão no tubo têm sido utilizados com placas de orifício, porém não são cobertos por esta parte da ABNT NBR ISO 5167. Esta parte da ABNT NBR ISO 5167 é aplicável somente a um escoamento que permanece subsônico ao longo da seção de medição e onde o fluido pode ser considerado como monofásico. A norma não é aplicável para a medição de escoamento pulsante. Não cobre o uso de placas de orifício em tubulações de diâmetros inferiores a 50 mm ou maiores que 1 000 mm, ou para números de Reynolds inferiores a 5 000. 2
Referências Referências norm ativas
ISO 4006:1991, Measurement of fluid in closed conduits - Vocabulary and symbols ABNT NBR ISO 5167-1:2006, Medição de vazão de fluidos por dispositivos de pressão diferencial inseridos em condutos forçados de seção transversal circular – Parte 1: Princípios e requisitos gerais
3
Termos, Termos, definições e símbolos
Para as finalidades deste documento, são aplicáveis os termos, definições e símbolos dados na ISO 4006 e na ABNT NBR ISO 5167-1. 4
Princípios do método de medição e cálculo
O princípio do método de medição é baseado na instalação de uma placa de orifício no interior de uma tubulação na qual um fluido escoa. A presença da placa de orifício causa uma diferença de pressão estática entre os lados montante e jusante da placa. A vazão mássica, qm, pode ser determinada por meio da Equação (1): qm
=
C 1 − β
4
ε
π 4
d 2 2 Δ p ρ 1
(1)
Os limites de incerteza podem ser calculados utilizando o procedimento fornecido na Cláusula 8 da ABNT NBR ISO 5167-1:2006. O cálculo da vazão mássica, que é um processo puramente aritmético, pode ser desenvolvido pela substituição dos diferentes termos do lado direito da Equação (1) pelos seus valores numéricos. De forma similar, o valor da vazão volumétrica, qv, é determinada por: qV =
qm
(2)
ρ
onde ρ é é a massa específica do fluido a temperatura e a pressão para as quais o volume é declarado. Como será visto mais tarde nesta parte da ABNT NBR ISO 5167, o coeficiente de descarga, C , é dependente do número de Reynolds, Re, que por sua vez é dependente de qm, e tem que ser obtido por iteração (ver Anexo A da ABNT NBR ISO 5167-1:2006 para orientação com relação à escolha do procedimento de iteração e estimativas iniciais). Os diâmetros d e D mencionados na fórmula são os valores dos diâmetros nas condições de trabalho. Medições tomadas em quaisquer outras condições deveriam ser corrigidas para considerar qualquer possível expansão ou contração da placa de orifício e da tubulação devido aos valores da temperatura e da pressão do fluido durante a medição. É necessário conhecer a massa específica e a viscosidade do fluido nas condições de trabalho. No caso de um fluido compressível, também é necessário conhecer o coeficiente isoentrópico do fluido nas condições de trabalho.
5
Placas de orif ício
NOTA 1 Os vários tipos de medidores por placas de orifício padrão são similares e, portanto, é necessária apenas uma única descrição. Cada tipo de medidor por placa de orifício padrão é caracterizado pela disposição das tomadas de pressão. NOTA 2 Os limites de utilização utilização são dado dadoss no item 5.3.1.
5.1
Descrição
5.1.1 Geral A seção transversal do plano axial de uma placa de orifício padrão é mostrada na Figura 1. E
2
1
α
e D
a
d
H I G
Legenda 1 face A de montante 2 face B de jusante a
direção do escoamento
Figura 1 – Placa de orifício padrão As letras apresentadas no texto seguinte referem-se às referências correspondentes na Figura 1. 5.1.2 Forma geral 5.1.2.1 A 5.1.2.1 A parte da placa dentro do tubo deve ser circular e concêntrica com a linha de centro do tubo. As faces da placa devem ser sempre planas e paralelas. 5.1.2.2 A 5.1.2.2 A menos que determinado de forma diversa, os requisitos a seguir aplicam-se somente àquela parte da placa localizada dentro do tubo. 5.1.2.3 5.1.2.3 No projeto da placa de orifício e na sua instalação devem ser tomados cuidados para garantir que o empenamento plástico e a deformação elástica da placa, devido à magnitude da pressão diferencial ou qualquer outra forma de tensão, não façam com que a linha reta definida em 5.1.3.1 apresente, sob condições de operação, um inclinação maior que 1 %.
5.1.3 Face A de mont ante da placa de orifício 5.1.3.1 A 5.1.3.1 A face A de montante da placa de orifício deve ser plana quando a placa estiver instalada na tubulação com pressão diferencial zero através dela. Desde que se garanta que o método de montagem não deforma a placa de orifício, esta planeza pode ser medida com a placa removida da tubulação. Sob tais circunstâncias, a placa pode ser considerada plana quando a máxima distância entre a placa e uma lâmina reta de comprimento D posta através de qualquer diâmetro da placa (ver Figura 2) for menor que 0,005( D - d )/2, )/2, isto é, o grau de inclinação for menos que 0,5 % quando a placa de orifício for examinada antes de sua inserção no tramo de medição. Como pode ser visto a partir da Figura 2, a área crítica se encontra nas vizinhanças da borda do orifício. Os requisitos de incerteza para esta dimensão podem ser atendidos com a utilização utili zação de calibres.
1 2
5
Legenda 1 2 3 4 5
3
4
diâmetro externo da placa de orifício diâmetro interno do tubo ( D D) lâmina reta orifício desvio de planeza planeza (medida na borda do orifício) orifício)
Figura 2 – Medição da planeza da placa de orifíci o 5.1.3.2 A 5.1.3.2 A face de montante da placa de orifício deve atender a um critério de rugosidade média superficial Ra < 10-4 d dentro de um círculo de diâmetro não menor que D e que seja concêntrico com o orifício da placa. Em todos os casos, a rugosidade da face de montante da placa de orifício não deve ser tal que afete a medição da agudeza da borda. Sob condições de operação, caso a placa não atenda plenamente as condições especificadas, ela deve ser polida novamente ou limpa pelo menos na área abrangida pelo diâmetro D. 5.1.3.3 Onde 5.1.3.3 Onde possível, é útil gravar uma marca indicativa na placa que seja visível mesmo quando a placa estiver instalada para mostrar que a face de montante da placa de orifício está corretamente instalada com relação à direção do escoamento. 5.1.4 Face B de jusante da placa de orifício 5.1.4.1 A 5.1.4.1 A face B de jusante da placa deve ser plana e paralela à face de montante (ver também 5.1.5.4). 5.1.4.2 Embora 5.1.4.2 Embora possa ser conveniente fabricar a placa de orifício com o mesmo acabamento superficial em cada uma das faces, é desnecessário proporcionar o mesmo acabamento superficial de alta qualidade da face de montante da placa para a face de jusante (ver a Referência [1]; mas também ver 5.1.9). 5.1.4.3 A 5.1.4.3 A planeza e a condição superficial da face de jusante da placa de orifício podem ser avaliadas por inspeção visual. 5.1.5 Espessuras E e e 5.1.5.1 A 5.1.5.1 A espessura e do furo da placa deve estar entre 0,005 D e 0,02 D. 5.1.5.2 A 5.1.5.2 A diferença entre valores medidos de e em qualquer ponto no furo não deve ser maior que 0,001 D. 5.1.5.3 A 5.1.5.3 A espessura E da da placa de orifício deve estar entre e e 0,05 D.
Entretanto, quando 50 mm ≤ D ≤ 64 mm, é aceitável uma espessura E de até 3,2 mm. A placa deve também atender ao requisito do item 5.1.2.3. 5.1.5.4 Se 5.1.5.4 Se D ≥ 200 mm, a diferença entre os valores de E medidos medidos em qualquer ponto da placa não deve ser maior que 0,001 D. Se D < 200 mm, a diferença entre os valores de E medidos medidos em qualquer ponto da placa não deve ser maior que 0,2 mm. 5.1.6 Ângu Ân gu lo
do ch anfro anf ro
5.1.6.1 Se 5.1.6.1 Se a espessura E da da placa exceder a espessura e do orifício da placa , a placa de orifício deve ser chanfrada no lado de jusante. A superfície chanfrada deve apresentar um bom acabamento superficial. 5.1.6.2 O 5.1.6.2 O ângulo α do chanfro deve ser de 45° ± 15°. 5.1.7 Bordas G, H e I 5.1.7.1 A 5.1.7.1 A borda de montante G do orifício não deve possuir fios ou rebarbas. 5.1.7.2 A 5.1.7.2 A borda de montante G do orifício deve apresentar um canto vivo. Assim é considerado se o raio da borda não for maior que 0,000 4 d . Se d ≥ 25 mm, de forma geral este requisito pode ser considerado como satisfeito por meio de inspeção visual, observando-se a olho nú que a borda de montante do orifício da placa não reflete um feixe de luz. Se d < 25 mm, a inspeção visual não é suficiente. Se houver qualquer dúvida sobre o atendimento ou não deste requisito, o raio da borda deve ser medido. 5.1.7.3 A 5.1.7.3 A borda de montante do orifício da placa deve ser em ângulo reto; isto é assim considerado quando o ângulo entre a superfície do furo e a face de montante da placa de orifício é de 90° ± 0,3°. A superfície do orifício é a região da placa de orifício entre as bordas G e H. 5.1.7.4 5.1.7.4 As bordas de jusante H e I encontram-se dentro da área de separação do escoamento e, portanto, os requisitos para sua qualidade são menos rigorosos do que aqueles definidos para a borda G do furo da placa. Dessa forma, pequenos defeitos (por exemplo, um entalhe único) são aceitáveis. 5.1.8 Diâmetro d do do orifício da placa 5.1.8.1 O 5.1.8.1 O diâmetro d deve, deve, em todos os casos, ser maior ou igual que 12,5 mm. A relação de diâmetros β = = d / D D deve sempre ser maior ou igual que 0,10 e menor ou igual que 0,75. Dentro desses limites, o valor de β pode ser escolhido pelo usuário. 5.1.8.2 O 5.1.8.2 O valor d do do diâmetro do orifício deve ser obtido como a média de medições de pelo menos quatro diâmetros tomados em ângulos igualmente espaçados entre si. Cuidados devem ser tomados para não danificar nem a borda de ataque e nem a superfície do orifício durante d urante a execução das medições. 5.1.8.3 O 5.1.8.3 O orifício da placa deve ser cilíndrico. Nenhum valor de diâmetro deve diferir mais que 0,05 % do valor do diâmetro médio . Esta exigência é considerada satisfeita quando a diferença no comprimento de qualquer um dos diâmetros medidos atende o dito requisito com respeito ao valor médio dos diâmetros medidos. Em todos os casos, a rugosidade superficial da seção cilíndrica do orifício não deverá ser tal que afete a medição da agudeza da borda. 5.1.9 Placas Placas de orifício b idirecionais 5.1.9.1 Se 5.1.9.1 Se a placa de orifício for utilizada para a medição de escoamentos reversos, os requisitos abaixo devem ser atendidos: a) a placa não deve ser chanfrada; b) as duas faces devem atender as especificações para a face de montante dadas em 5.1.3;
c) a espessura E da da placa deve ser igual à espessura e do orifício especificada no item 5.1.5; consequentemente, poderá ser necessário limitar a pressão diferencial para prevenir a deformação da placa (ver 5.1.2.3). d) as duas bordas do orifício devem atender aos requisitos da borda de montante especificados no item 5.1.7. 5.1.9.2 Além 5.1.9.2 Além disso, para placa de orifício com c om tomadas de pressão do tipo D e D/2 (ver 5.2), deverão ser instalados e utilizados dois conjuntos de tomadas de pressão de montante e de jusante de acordo com a direção do escoamento. 5.1.10 Material e fabricação 5.1.10 A 5.1.10 A placa pode ser manufaturada a partir de qualquer material e por meio de qualquer processo de fabricação, desde que esteja e permaneça de acordo com a descrição precedente durante as medições de vazão. 5.2
Tomadas de pressão
5.2.1 Geral Para cada placa de orifício, ao menos uma tomada de pressão à montante e uma tomada de pressão à jusante devem ser instaladas em uma das posições padronizadas, isto é como tomadas de pressão dos tipos D e D/2, flanges e cantos. Uma única placa de orifício pode ser utilizada com vários conjuntos de tomadas de pressão de acordo com os diferentes tipos de medidores padrão por orifício, mas para evitar interferência mútua entre elas, as várias tomadas posicionadas do mesmo lado da placa de orifício devem estar deslocadas de um ângulo de pelo menos 30° uma das outras. A localização das tomadas de pressão caracteriza o tipo de medidor padrão por orifício. 5.2.2 Placa Placa de orifício com to madas madas de pressão dos tip os D e D/2 ou flanges 5.2.2.1 O 5.2.2.1 O espaçamento l de uma tomada de pressão é a distância entre a linha de centro da tomada de pressão e o plano da face especificada da placa de orifício. Quando da instalação das tomadas de pressão, deverão ser previstas a espessuras das juntas de vedação e/ou dos materiais de selagem. 5.2.2.2 5.2.2.2 Para as placas de orifício com tomadas de pressão do tipo D e D/2 (ver Figura 3), o espaçamento l 1 da tomada de pressão de montante é nominalmente igual à D, mas pode estar entre 0,9 D e 1,1 D sem alterar o coeficiente de descarga. O espaçamento l 2 da tomada de pressão de jusante é nominalmente igual à 0,5 D, mas pode estar entre os seguintes valores sem alterar o coeficiente de descarga:
⎯ entre 0,48 D e 0,52 D quando β ≤ 0,6; ⎯ entre 0,49 D e 0,51 D quando β > > 0,6. Ambos os espaçamentos l 1 e l 2 são medidos a partir da face de montante da placa de orifício. 5.2.2.3 5.2.2.3 Para placas de orifício com tomadas de pressão do tipo flange taps (ver Figura 3), o espaçamento l 1 da tomada de pressão de montante é nominalmente de 25,4 mm e é medida a partir da face de montante da placa de orifício. O espaçamento l' 2 da tomada de pressão de jusante é nominalmente de 25,4 mm e é medida a partir da face de jusante da placa de orifício. Estes espaçamentos l 1 e l' 2 a montante e a jusante da placa de orifício podem estar dentro das seguintes faixas sem alterar o coeficiente de descarga:
⎯ 25,4 mm ± 0,5 mm quando β > > 0,6 e D < 150 mm ⎯ 25,4 mm ± 1 mm em todos os outros casos, isto é, β ≤ 0,6, ou β > > 0,6, porém 150 mm ≤ D ≤ 1000 mm. 5.2.2.4 5.2.2.4 As linhas de centro das tomadas de pressão devem encontrar a linha de centro da tubulação formando ângulos tão próximos quanto possível de 90°, mas em todo caso dentro de 3° da perpendicular. 5.2.2.5 As 5.2.2.5 As tomadas de pressão na superfície interna da tubulação devem ter formato circular, sendo que as bordas devem formar cantos vivos e rentes à mesma superfície interna. Para assegurar a eliminação de todas as rebarbas da usinagem na borda interna do furo, é permitido o seu arredondamento, devendo porém ser o menor possível e,
onde isso puder ser medido, seu raio deve ser menor que um décimo do diâmetro da tomada de pressão. Nenhuma irregularidade deve aparecer no interior do furo de conexão, nas bordas do furo usinado na parede da tubulação ou na parede da tubulação próxima à tomada de pressão. 5.2.2.6 A 5.2.2.6 A conformidade das tomadas de pressão com os requisitos dos itens 5.2.2.4 e 5.2.2.5 pode ser julgada por inspeção visual. 5.2.2.7 O 5.2.2.7 O diâmetro das tomadas de pressão deve ser menor que 0,13 D e menor que 13 mm. Não é colocada nenhuma restrição sobre o diâmetro mínimo, que é determinado na prática pela necessidade de se evitar a obstrução acidental e de se obter um desempenho dinâmico satisfatório. As tomadas de pressão de montante e de jusante devem ter o mesmo diâmetro. 5.2.2.8 As 5.2.2.8 As tomadas de pressão devem ser circulares e cilíndricas ao longo de um comprimento de pelo menos 2,5 vezes o diâmetro interno da tomada de pressão, medido a partir da parede interna da tubulação. 5.2.2.9 As 5.2.2.9 As linhas de centro das tomadas de pressão podem estar localizadas em qualquer plano axial da tubulação. 5.2.2.10 Os 5.2.2.10 Os eixos da tomada de pressão de montante e da tomada de pressão de jusante podem estar localizados em planos axiais diferentes, mas normalmente estão localizados no n o mesmo plano axial. (l 1 )
c
(l 2 )
1
a
d
D
(l 1 ) (l ' l '2 )
2
Legenda
1 2
tomadas de pressão do tipo D e D/2 tomadas de pressão do tipo flanges
a b c
direção do escoamento l 1 = D ± 0,1 D l 2 = 0,5 D ± 0,02 D para β ≤ 0,6 0,5 D ± 0,01 D para β > > 0,6 l 1 = l ' 2 = (25,4 ± 0,5) mm para β > > 0,6 e D < 150 mm (25,4 ± 1) mm para β ≤ 0,6 (25,4 ± 1) mm para β > > 00,6 ,6 e 150 m mm m ≤ D ≤ 1 000 mm
d
Figura 3 – Epaçamento entre as tomadas de pressão para placas de orifício com tomadas de pressão do tipo D e D/2 D/2 ou tomadas de pressão pressão do tipo fl anges
5.2.3 Placa Placa de orifício com tom adas adas de pressão do tipo canto (ver Figura 4) 5.2.3.1 O 5.2.3.1 O espaçamento entre as linhas de centro das tomadas e as respectivas faces da placa é igual à metade do diâmetro ou à metade da largura das próprias tomadas, de modo que os orifícios das tomadas atravessam a parede da tubulação e terminam no interior do tubo rente às faces da placa (ver também 5.2.3.5). 5.2.3.2 As 5.2.3.2 As tomadas de pressão podem ser tomadas simples ou canais anulares. Ambos os tipos de tomadas podem estar localizados na tubulação ou em seus flanges ou em anéis portadores como mostrado na Figura 4.
3
4
φ j j
h
g
f
s
1 D
a
d b
a
2
φ
c
c'
5
φ a φ a
1. 2. 3. 4. 5.
Anel porta-placa com fenda anular Tomadas de individuais Tomadas de pressão Anel porta-placa Placa de orifício
a Direção do escoamento
= espessura do canal = comprimento do anel de montante = comprimento do anel de jusante b = diâmetro do anel porta-placa a = largura do canal anular ou diâmetro de uma tomada = distância entre a singularidade de montante e o s anel porta-placa g , h = dimensões da câmara anular φ j j = diâmetro da tomada da câmara f c c'
Figura 4 - Tomadas de pressão nos cantos 5.2.3.3 O 5.2.3.3 O diâmetro a de uma única tomada de pressão e a largura a de canais anulares são especificados a seguir. O diâmetro mínimo é determinado na prática pela necessidade de prevenir obstrução acidental e para propiciar um desempenho dinâmico satisfatório. Para fluidos limpos e vapores:
⎯ para β ≤ 0,65: 0,005 D ≤ a ≤ 0,03 D; ⎯ para β > > 0,65: 0,01 D ≤ a ≤ 0,02 D. Se D < 100 mm, é aceitável um valor de a de até 2 mm para qualquer β . Para quaisquer valores de β .
⎯ para fluidos limpos: 1 mm ≤ a ≤ 10 mm; ⎯ para vapores, no caso de canais anulares: 1 mm ≤ a ≤ 10 mm;
⎯ para vapores e para gases liquefeitos, no caso de tomadas únicas: 4 mm ≤ a ≤ 10 mm; 5.2.3.4 Os 5.2.3.4 Os canais anulares normalmente são instalados ao longo de todo o perímetro da tubulação, sem nenhuma interrupção de continuidade. Caso contrário, cada câmara anular deve se conectar com o interior da tubulação por meio de pelo menos quatro aberturas, cujos eixos fiquem a ângulos iguais um do outro e a área individual de abertura seja de pelo menos 12 mm². 5.2.3.5 Se 5.2.3.5 Se forem utilizadas tomadas de pressão individuais, como mostrado na Figura 4, as suas linhas de centro devem cruzar a linha de centro da tubulação em ângulos tão próximos quanto possível de 90°. Se existirem várias tomadas de pressão individuais no mesmo plano de montante ou de jusante, suas linhas de centro devem formar ângulos iguais entre si. Os diâmetros das tomadas de pressão individuais estão especificadas em 5.2.3.3. As tomadas de pressão devem ser circulares e cilíndricas ao longo de um comprimento de pelo menos 2,5 vezes os diâmetros internos das tomadas medidas a partir da parede interna da tubulação. As tomadas de pressão de montante e de jusante devem possuir o mesmo diâmetro. 5.2.3.6 5.2.3.6 O diâmetro interno b dos anéis portadores deve ser maior ou igual ao diâmetro D da tubulação, a fim de garantir que os mesmos não protuberem para o interior da tubulação, porém deve ser menor ou igual a 1,04 D. Além disso, a seguinte condição deve ser atendida:
b − D D
×
c D
× 100 <
0 ,1 0 ,1 + 2 ,3 β 4
(3)
Os comprimentos c e c’ dos dos anéis de montante e de jusante (ver Figura 4) não devem ser maiores que 0,5 D. A espessura f do canal deve ser maior ou igual a duas vezes a largura a do canal anular. A área da seção transversal da câmara anular, gh, deve ser maior ou igual à metade da área total da abertura que conecta esta câmara ao interior da tubulação. 5.2.3.7 Todas 5.2.3.7 Todas as superfícies do anel que não se encontram em contato com o fluido medido deve ser limpo e deve possuir um bom acabamento superficial. O acabamento superficial deve atender aos requisitos da rugosidade da tubulação (ver 5.3.1). 5.2.3.8 As 5.2.3.8 As tomadas de pressão que interligam as câmaras anulares aos dispositivos secundários são tomadas de parede de tubulação, circulares junto à parede interna no tubo e com um diâmetro j entre 4 mm e 10 mm (ver 5.2.2.5). 5.2.3.9 Os 5.2.3.9 Os anéis portadores de montante e de jusante não precisam ser necessariamente simétricos um em relação ao outro, mas ambos devem estar em conformidade com os requisitos anteriores. 5.2.3.10 5.2.3.10 O diâmetro da tubulação deve ser medido conforme especificado em 6.4.2, o anel portador sendo considerado como parte do dispositivo primário. Isto também se aplica ao requisito de distância dado em 6.4.4 de modo que s deve ser medido a partir da borda de montante do recesso formado pelo anel portador. 5.3
Coeficientes e incert ezas ezas cor respon dentes das placas de ori fício
5.3.1 Limites de uso As placas de orifício padrão devem ser utilizadas somente de acordo com esta parte da ABNT NBR ISO 5167 sob as seguintes condições: Para placas de orifício com tomadas de pressão dos tipos canto ou D e D/2:
⎯ d ≥ 12,5 mm; ⎯ 50 mm ≤ D ≤ 1000 mm; ⎯ 0,1 ≤ β ≤ 0,75; ⎯ Re D ≥ 5 000 para 0,1 ≤ β ≤ 0,56; ⎯ Re D ≥ 16 000 β ² para β > > 0,56.
Para placas de orifício com tomadas de pressão do tipo flange:
⎯ d ≥ 12,5 mm; ⎯ 50 mm ≤ D ≤ 1000 mm; ⎯ 0,1 ≤ β ≤ 0,75; Ambos Re D ≥ 5 000 e Re D ≥ 170 β ² ² D onde D é expresso em milímetros. A rugosidade da superfície interna do tubo deve atender à seguinte especificação para que os valores de incerteza desta parte da ISO 5167 sejam alcançados, ou seja, o valor do desvio médio aritmético do perfil da rugosidade, Ra, deve ser tal que 104 Ra/ D D seja menor que o valor máximo dado na Tabela 1 e maior que o valor mínimo dado na Tabela 2. A equação do coeficiente de descarga (ver 5.3.2.1) foi determinada a partir de uma base de dados coletada utilizando-se tubos cuja rugosidade era conhecida; os limites sobre Ra/ D D foram determinados de modo que o desvio no coeficiente de descarga devido à utilização de um tubo de rugosidade diferente não deveria ser tão grande que o valor da incerteza em 5.3.3.1 não fosse mais alcançada. Informações sobre rugosidades de tubos podem ser encontradas no item 7.1.5 da ABNT NBR ISO 5167-1:2006. O trabalho sobre o qual as Tabelas 1 e 2 estão baseadas é descrito nas referências [2] a [4] da Bibliografia. Tabela 1 - Valor máximo de 10 4 Ra/ D D β
Re D
3 x 104
105
3 x 105
106
3 x 106
107
3 x 107
108
≤ 0,20
≤ 104 15
15
15
15
15
15
15
15
15
0,30
15
15
15
15
15
15
15
14
13
0,40
15
15
10
7,2
5,2
4,1
3,5
3,1
2,7 2,7
0,50
11
7,7
4,9
3,3
2,2
1,6
1,3
1,1
0,9
0,60
5,6
4,0
2,5
1,6
1,0
0,7
0,6
0,5
0,4
≥ 0,65
4,2
3,0
1,9
1,2
0,8
0,6
0,4
0,3
0,3
Tabela 2 - Valor mínimo de 10 4 Ra/ D D (quando for necessário) β
Re D 7
10
3 x 107
108
≤ 0,50
≤ 3 x 106 0,0
0,0
0,0
0,0
0,60
0,0
0,0
0,003
0,004
≥ 0,65
0,0
0,013
0,016
0,012
Os requisitos de rugosidade dados na Tabelas 1 e 2 devem ser atendidos nos primeiros 10 D à montante da placa de orifício. Os requisitos de rugosidade referem-se à tubulação à montante e também às conexões utilizadas na montagem da placa de orifício, como flanges e válvulas porta-placa. A rugosidade da tubulação à jusante não é tão crítica. Por exemplo, os requisitos desta seção são satisfeitos nos seguintes casos:
⎯ 1 μm ≤ Ra ≤ 6 μm, D ≥ 150 mm, β ≤ 0,6 e Re D ≤ 5 x 107; ⎯ 1,5 μm ≤ Ra ≤ 6 μm, D ≥ 150 mm, β > 0,6 e Re D ≤ 1,5 x 107. Quando D for menor do que 150 mm, é necessário calcular os valores máximo e mínimo de Ra utilizando as Tabelas 1 e 2. 5.3.2 Coeficientes
5.3.2.1 Coeficiente de descarga, C O coeficiente de descarga, C , é dado pela equação de Reader-Harris/Gallangher (1998) [5]: C =
2
8
0,596 1 + 0,026 1 β - 0,216 β
+ (0,043 + 0,080 e −10
L1
⎡10 6 β ⎤ + 0,000 521 ⎢ ⎥ ⎣ Re D ⎦
− 0,123 e
− 7 L1
)(1 − 0,11 A)
0,7 3,5
+ (0,018 8 + 0,006 3 A) β
β 4
⎛ 10 6 ⎞ ⎜⎜ ⎟⎟ ⎝ Re D ⎠
0,3
(4)
1,1
4
1 − β
− 0,031 ( M 2' − 0,8 M 2' ) β 1,3
Quando D < 71,12 mm (2,8 pol), o seguinte termo deve ser adicionado à Equação (4): D ⎞ + 0,011(0,75 − β ) ⎛ ⎜ 2,8 − ⎟ 25,4 ⎠ ⎝
Nestas equações: / D ) β (= d /
é a relação de diâmetros, com os diâmetros d e D expressos em milímetros;
Re D
é o número de Reynolds calculado com relação a D;
L1 (= l 1 / D) D)
é o quociente entre a distância da tomada de pressão de montante até a face de montante da placa de orifício e o diâmetro do tubo; e
L’ 2 (= l’ 2 / D) D)
é o quociente entre a distância da tomada de pressão de jusante até a face de jusante da placa de orifício e o diâmetro do tubo ( L’ 2 denota a referência da distância de jusante a partir da face de jusante da placa, enquanto L2 denota a referência da distância de jusante a partir da face de montante da placa);
M ' 2 =
2 L' 2 1 − β
⎛ 19000 β ⎞ ⎟⎟ A = ⎜⎜ ⎝ Re D ⎠
0,8
Os valores de L1 e L’ 2 a serem utilizados nesta equação, quando as distâncias estão de acordo com os requisitos dos itens 5.2.2.2, 5.2.2.3 ou 5.2.3, são os seguintes:
⎯ para tomadas do tipo canto: L1 = L’ 2 =
0
⎯ para tomadas do tipo D e D/2: L1 =
1
L’ 2 = 0,47
⎯ para tomadas do tipo flange: L1 = L’ 2 =
25,4 D
onde D é expresso em milímetros. A equação de Reader-Harris/Gallagher (1998), Equação (4), é válida somente para os tipos de tomadas de pressão especificadas em 5.2.2 ou 5.2.3. Em particular, não é permitido inserir na equação pares de valores de L1 e L’ 2 que não se refiram a um dos três tipos de arranjos de tomadas de pressão. A Equação (4), tanto quanto as incertezas dadas em 5.3.3, é válida somente quando a medição atende a todos os limites de uso especificados em 5.3.1 e aos requisitos gerais de instalação especificadas na Cláusula 6 e na ABNT NBR ISO 5167-1:2006.
Por conveniência, nas Tabelas A.1 a A.11 são fornecidos valores de C em em função de β , Re D e D. Estes valores não são indicados para interpolações exatas. A extrapolação não é permitida. 5.3.2.2 Fator de expansibilidade [expansão], ε A fórmula empírica para o cálculo do fator de expansibilidade [expansão], ε , para os três tipos de arranjo de tomadas de pressão, é a seguinte: ε = 1 − (0,351 + 0,256 β
4
8
+ 0,93 β
⎡ ⎛ p ⎞ 1/ κ ⎤ ) ⎢1 − ⎜⎜ 2 ⎟⎟ ⎥ ⎢⎣ ⎝ p1 ⎠ ⎥⎦
(5)
A Equação (5) é aplicável somente dentro da faixa definida pelos limites de uso especificados em 5.3.1. São conhecidos resultados de testes para a determinação do ε somente somente para ar, vapor e gás natural. Entretanto, não existe nenhuma objeção conhecida para o uso da Equação (5) para outros gases e vapores para os quais sejam conhecidos os expoentes isoentrópicos. No entanto, a Equação (5) é aplicável somente se p2/ p p1 ≥ 0,75. Por conveniência, na Tabela A.12 são fornecidos valores do fator de expansibilidade [expansão] como função do expoente isoentrópico, a relação de pressões e a relação de diâmetros. Estes valores não são indicados para interpolações exatas. A extrapolação não é permitida. 5.3.3 Incertezas 5.3.3.1 Incerteza do coeficiente de descarga C Para todos os três tipos de tomadas de pressão, quando β , D, Re D e Ra/ D D são assumidos como conhecidos sem erro, a incerteza relativa do valor de C é é igual a:
⎯ (0,7 – β ) %
para 0,1 ≤ β < 0,2;
⎯ 0,5 %
para 0,2 ≤ β ≤ 0,6;
⎯ (1,667 β – – 0,5) % para 0,6 < β ≤ 0,75. Se D < 71,12 mm (2,8 pol), a seguinte incerteza relativa deveria ser adicionada aritmeticamente aos termos anteriores: + 0,9 (0,75 - β ) (2,8 - D ) %
25,4
Se β > 0,5 e Re D < 10 000, a seguinte incerteza relativa deveria ser adicionada aritmeticamente aos valores anteriores: + 0,5 % 5.3.3.2 Incerteza Incerteza do fator de expansibilidade [expansão] ε Quando β , Δ p/ p p1 e κ são assumidos como conhecidos sem erro, a incerteza relativa do valor de ε é igual a:
3,5 5.4
Δ p κ p1
%
Perda de carg a, Δϖ
5.4.1 A 5.4.1 A perda de carga, Δϖ , para as placas de orifício descritas nesta parte da ABNT NBR ISO 5167 é relacionada de forma aproximada à pressão diferencial Δ p por meio da Equação (7)
1 − β 4 (1 − C 2 ) − C β 2 Δp 1 − β 4 (1 − C 2 ) + C β 2
Δϖ =
Esta perda de carga é a diferença na pressão estática entre a pressão medida na parede do tubo no lado a montante da placa de orifício, em uma seção onde a influência da pressão de impacto de aproximação adjacente à placa é ainda desprezível (aproximadamente D a montante da placa de orifício), e aquela medida no lado a jusante da placa de orifício, onde a recuperação da pressão estática por expansão do jato pode ser considerada como imediatamente completada (aproximadamente 6 D a jusante da placa de orifício). A Figura 5 mostra o perfil de pressão através de um sistema de medição por placa de orifício.
7
5
6 4 Δ
p
p
Δ
8 T
Δ
T
9
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.
Plano da tomadas de pressão de montante montante Plano da tomadas de pressão de jusante jusante Plano da vena contracta contracta (velocidades mais altas) Plano da sonda sonda de temperat temperatura ura Regiões de separação separação Poço termométrico Tomadas de pressão Distribuição da pressão na parede Distribuição da temperatura média média
Figura 5 - Perfis Perfis aproxi mados de escoamento, pressão pressão e temperatura temperatura em um tubo de medição por p laca de orifício / Δ p é 5.4.2 Um 5.4.2 Um outro valor aproximado de Δϖ /
Δϖ = 1 − β 1,9 p Δ 5.4.3 O 5.4.3 O coeficiente de perda de carga, Κ , para a placa de orifício é (ver Referência [7])
⎛ 1 − β 4 ( 1 − C 2 ) ⎞ Κ = ⎜ − 1⎟ ⎜ ⎟ C β 2 ⎝ ⎠
2
onde Κ é é definido pela seguinte equação: Κ =
Δϖ 1 ρ 1 V 2 2
6
Requisito Requisito s de instalação
6.1
Geral
Os requisitos gerais de instalação para os dispositivos por pressão diferencial são fornecidos no Item 7 da ABNT NBR ISO 5167-1:2006 e deveriam ser seguidos em conjunto com os requisitos adicionais específicos para placas de orifício dados no presente item. Os requisitos gerais para condições de escoamento no elemento primário são fornecidos no Item 7.3 da ABNT NBR ISO 5167-1:2006. Os requisitos para utilização de um condicionador de escoamento são fornecidos no Item 7.4 da ABNT NBR ISO 5167-1:2006. Para algumas conexões comumente utilizadas a montante do trecho reto a montante da placa de orifício, como especificadas na Tabela 3, podem ser utilizados os trechos retos mínimos de tubulação indicados e requisitos detalhados são dados no Item 6.2. Entretanto, um condicionador de escoamento como especificado em 6.3 permitirá o uso de comprimentos menores de trechos retos de tubulação; além disso, onde não se tem disponível um comprimento de trecho reto suficiente para alcançar o nível desejado de incerteza, um condicionador deve ser instalado a montante da placa de orifício. A jusante de um header o uso de um condicionador de escoamento é altamente recomendado. Muitos dos comprimentos de tubulação dados em 6.2 e todos os comprimentos dados em 6.3.2 são baseados em dados incluídos na Referência [8] da Bibliografia. Trabalhos adicionais que contribuíram para a definição dos comprimentos especificados em 6.2 são fornecidos nas Referências [9] e [10]. 6.2
Comprim entos mínimos de trecho s retos de mont ante e de jus ante entre várias con exões e a placa de orifício
6.2.1 Os 6.2.1 Os comprimentos mínimos necessários de trechos retos a montante e a jusante da placa de orifício para as conexões especificadas na instalação sem retificadores de escoamento são fornecidos na Tabela 3. 6.2.2 6.2.2 Quando um condicionador não é utilizado, os comprimentos especificados na Tabela 3 devem ser considerados como valores mínimos. Para trabalhos de pesquisa e de calibração em particular, recomenda-se que os valores de comprimento de trechos retos de montante especificados na Tabela 3 sejam multiplicados pelo menos por um fator 2 para minimizar a incerteza de medição. 6.2.3 6.2.3 Quando os comprimentos de trechos retos de tubulação utilizados são iguais ou maiores que os valores especificados nas Colunas A da Tabela 3 para “incerteza adicional zero”, não é necessário aumentar a incerteza associada ao valor do coeficiente de descarga para levar l evar em conta o efeito da instalação particular. 6.2.4 6.2.4 Quando o comprimento do trecho reto de montante ou do de jusante é menor que o valor de número de diâmetros correspondente à “incerteza adicional zero” mostrado nas Colunas A e igual ou maior que o número de diâmetros correspondente à “incerteza adicional de 0,5 %” mostrado nas Colunas B da Tabela 3 para uma dada singularidade, uma incerteza adicional de 0,5 % deve ser adicionada aritmeticamente à incerteza associada ao valor do coeficiente de descarga. 6.2.5 Esta parte da ABNT NBR ISO 5167 não pode ser utilizada para prognosticar o valor de qualquer incerteza adicional quando ou: a) são utilizados comprimentos de trechos retos menores menores que os valores correspondentes à “incerteza adicional de de 0,5 %” especificados nas Colunas B da Tabela 3; ou b) ambos os comprimentos de trechos retos a montante montante e a jusante são menores que os valores correspondentes à “incerteza adicional zero” especificados nas Colunas A da Tabela 3.
6.2.6 A 6.2.6 A válvula mostrada na Tabela 3 deve ser mantida totalmente aberta durante o processo de medição de vazão. É recomendado que o controle da vazão seja feito por meio de válvulas localizadas a jusante da placa de orifício. Válvulas de bloqueio localizadas a montante da placa de orifício devem ser mantidas totalmente abertas, e estas válvulas devem ser de passagem plena. A válvula deveria ser provida de dispositivos para garantir o alinhamento da esfera na posição aberta. A válvula mostrada na Tabela 3 é uma de mesmo diâmetro nominal que o do tubo de montante, mas cujo diâmetro do furo é tal que um degrau no diâmetro é maior que o permitido no Item 6.4.3. 6.2.7 6.2.7 No sistema de medição, válvulas de montante que possuem o mesmo diâmetro interno que o da tubulação adjacente e são projetadas de modo que na condição totalmente aberta não provoquem degraus maiores que os permitidos no Item 6.4.3, podem ser considerados como parte do tramo de medição e não necessitam ter comprimentos adicionados como na Tabela 3, desde que durante a medição elas estejam totalmente abertas.
6.2.8 Os 6.2.8 Os valores fornecidos na Tabela 3 foram determinados experimentalmente com um trecho reto de tubulação bastante longo instalado a montante da conexão de modo que o escoamento imediatamente a montante da mesma fosse considerado como totalmente desenvolvido e livre de escoamentos helicoidais. Como na prática tais condições são difíceis de serem obtidas, as informações a seguir podem ser utilizadas como um guia para a prática normal de instalação. a)
Se várias conexões dos tipos cobertos pela Tabela 3, tratando as combinações de cotovelos de 90º já cobertas por essas tabelas como uma única conexão, forem posicionadas em série a montante da placa de orifício o seguinte deverá ser aplicado. 1) Entre a conexão imediatamente a montante da placa de orifício, orifício, conexão 1, e a própria placa de orifício deve haver um trecho reto com comprimento pelo menos igual ao comprimento mínimo dado na Tabela 3 apropriado para a relação de diâmetros específica da placa de orifício em conjunto com a conexão 1. 2) Adicionalmente, deve ser incluída entre a conexão 1 e a próxima conexão mais mais distante da placa de orifício (conexão 2), um trecho reto com comprimento pelo menos igual à metade do produto do diâmetro da tubulação entre a conexão 1 e a conexão 2 e o número de diâmetros dados na Tabela 3 para uma placa de orifício de relação de diâmetros igual a 0,67 utilizada em conjunto com a conexão 2, independentemente de qual seja o β da da placa de orifício utilizada. Se for selecionado o comprimento mínimo de trecho reto a partir da Coluna B (i.e. antes de se tomar a metade do valor do trecho reto entre as conexões 1 e 2 da Tabela 3), deve ser adicionada aritmeticamente uma incerteza adicional de 0,5 % à incerteza associada ao valor do coeficiente de descarga. 3) Se a seção de medição de montante possuir uma válvula de passagem plena (como na Tabela 3) precedida por uma outra conexão, por exemplo uma expansão, então a válvula pode ser instalada na saída da segunda conexão a partir da placa de orifício. O comprimento de trecho reto de tubulação exigido entre a válvula e a segunda conexão de acordo com 2) deveria ser adicionado ao comprimento entre o placa de orifício e a primeira conexão especificada na Tabela 3; ver Figura 6. Deveria ser notado que o requisito do Item 6.2.8 b) deve também ser satisfeito (como o é na Figura 6).
1
2
3
6.2.8 Os 6.2.8 Os valores fornecidos na Tabela 3 foram determinados experimentalmente com um trecho reto de tubulação bastante longo instalado a montante da conexão de modo que o escoamento imediatamente a montante da mesma fosse considerado como totalmente desenvolvido e livre de escoamentos helicoidais. Como na prática tais condições são difíceis de serem obtidas, as informações a seguir podem ser utilizadas como um guia para a prática normal de instalação. a)
Se várias conexões dos tipos cobertos pela Tabela 3, tratando as combinações de cotovelos de 90º já cobertas por essas tabelas como uma única conexão, forem posicionadas em série a montante da placa de orifício o seguinte deverá ser aplicado. 1) Entre a conexão imediatamente a montante da placa de orifício, orifício, conexão 1, e a própria placa de orifício deve haver um trecho reto com comprimento pelo menos igual ao comprimento mínimo dado na Tabela 3 apropriado para a relação de diâmetros específica da placa de orifício em conjunto com a conexão 1. 2) Adicionalmente, deve ser incluída entre a conexão 1 e a próxima conexão mais mais distante da placa de orifício (conexão 2), um trecho reto com comprimento pelo menos igual à metade do produto do diâmetro da tubulação entre a conexão 1 e a conexão 2 e o número de diâmetros dados na Tabela 3 para uma placa de orifício de relação de diâmetros igual a 0,67 utilizada em conjunto com a conexão 2, independentemente de qual seja o β da da placa de orifício utilizada. Se for selecionado o comprimento mínimo de trecho reto a partir da Coluna B (i.e. antes de se tomar a metade do valor do trecho reto entre as conexões 1 e 2 da Tabela 3), deve ser adicionada aritmeticamente uma incerteza adicional de 0,5 % à incerteza associada ao valor do coeficiente de descarga. 3) Se a seção de medição de montante possuir uma válvula de passagem plena (como na Tabela 3) precedida por uma outra conexão, por exemplo uma expansão, então a válvula pode ser instalada na saída da segunda conexão a partir da placa de orifício. O comprimento de trecho reto de tubulação exigido entre a válvula e a segunda conexão de acordo com 2) deveria ser adicionado ao comprimento entre o placa de orifício e a primeira conexão especificada na Tabela 3; ver Figura 6. Deveria ser notado que o requisito do Item 6.2.8 b) deve também ser satisfeito (como o é na Figura 6).
1
2
14 D
1
3
14 D
2
3
28 D
Legenda 1 2 3
expansão válvula esfera ou válvula gaveta totalmente aberta placa de orifício
Figura 6 – Leiaute inclui ndo uma válvula de passagem plena para
= 0,6
b)
Adicionalmente à regra definida em a) qualquer conexão, tratando quaisquer duas curvas de 90º consecutivas como uma singularidade única, deve estar localizada a uma distância a partir da placa de orifício pelo menos tão grande quanto a distância dada pelo produto do diâmetro da tubulação no orifício e o número de diâmetros exigidos entre aquela conexão e uma placa de orifício de mesma relação de diâmetros na Tabela 3, independentemente do número de conexões entre aquela conexão e a placa de orifício. A distância entre a placa de orifício e a conexão deve ser medida ao longo do eixo da tubulação. Caso, para qualquer conexão de montante, a distância atende este requisito usando o número de diâmetros na Coluna B mas não aquela na Coluna A então deve ser adicionada aritmeticamente uma incerteza adicional de 0,5 % à incerteza associada ao valor do coeficiente de descarga, porém esta incerteza adicional não deve ser adicionada mais de uma vez sob os critérios de a) e b).
c)
É fortemente fortemente recomendado que se instale um condicionador de escoamento (ver 7.4 da ABNT NBR ISO 51671:2006) a jusante de um header de sistema de medição (por exemplo, um cuja seção transversal é aproximadamente igual à 1,5 vezes a área da seção transversal dos tubos de medição) uma vez que sempre haverá deformação do perfil de velocidades do escoamento e uma alta probabilidade de presença de escoamentos helicoidais.
d)
Quando a segunda (ou mais distante) conexão a partir partir da placa de orifício é uma combinação de curvas, então na aplicação da Tabela 3 a separação entre as curvas é calculada como um múltiplo do diâmetro das próprias curvas.
6.2.9 A 6.2.9 A título de exemplo, são considerados três casos de aplicação do Item 6.2.8 a) e b). Em cada caso, a segunda singularidade a partir da placa de orifício é um conjunto de duas curvas de 90º em planos perpendiculares (a distância de separação entre as duas curvas é equivalente a 10 vezes o diâmetro das curvas) e a placa de orifício possui uma relação de diâmetros de valor 0,4. 6.2.9.1 Se 6.2.9.1 Se a primeira singularidade for uma válvula de esfera de passagem plena e totalmente aberta [ver Figura 7 a)], a distância entre a válvula e a placa de orifício deve ser de pelo menos 12 D (da Tabela 3) e a distância entre as duas curvas em planos perpendiculares e a válvula deve ser de pelo menos 22 D [do Item 6.2.8 a)]; a distância entre as duas curvas em planos perpendiculares e a placa de orifício deve ser de pelo menos 44 D [do Item 6.2.8 b)]. Se a válvula possuir comprimento de 1 D, é exigido um comprimento total adicional de 9 D, o que pode ser tanto a montante quanto a jusante da válvula, ou mesmo parcialmente a montante e parcialmente a jusante da mesma. A condição do Item 6.2.8 a) 3) poderia também ser utilizada para mover a válvula a uma posição adjacente às duas curvas em planos perpendiculares desde que existam pelo menos 44 D a partir das duas válvulas em planos perpendiculares até a placa de orifício [ver Figura 7 b)]. 6.2.9.2 Se 6.2.9.2 Se a primeira singularidade for uma redução de 2 D para D ao longo de um comprimento de 2 D [ver Figura 7 c)], a distância entre a redução e a placa de orifício deve ser de pelo menos 5 D (da Tabela 3) e a distância entre as duas curvas em planos perpendiculares e a redução deve ser de pelo menos 22 x 2 D [do Item 6.2.8 a)]; a distância entre as duas curvas em planos perpendiculares e a placa de orifício deve ser de pelo menos 44 D [do Item 6.2.8 b)]. Assim, não é necessário nenhum comprimento adicional devido ao Item 6.2.8 b). 6.2.9.3 6.2.9.3 Se a primeira singularidade for uma expansão de 0,5 D para D ao longo de um comprimento de 2 D [ver Figura 7 d)], a distância entre a expansão e a placa de orifício deve ser de pelo menos 12 D (da Tabela 3) e a distância entre as duas curvas em planos perpendiculares e a expansão deve ser de pelo menos 22 x 0,5 D [do Item 6.2.8 a)]; a distância entre as duas curvas em planos perpendiculares e a placa de orifício deve ser de pelo menos 44 D [do Item 6.2.8 b)]. Assim, é exigido um comprimento total adicional de 19 D, o que pode ser tanto a montante quanto a jusante da expansão, ou mesmo parcialmente a montante e parcialmente a jusante da mesma.
(22 + x ) D
a)
x
(12 + y ) D
D
≥ 0, y ≥ 0, x + y ≥ 9
≥ 43 D
D
b)
D
2 D
≥ 44 D
≥ 5 D
c)
(11 + x ) D d)
2 D x ≥ 0, y
(16 + y ) D
≥ 0, x + y ≥ 19
Figura 7 – Exemplos d e instalaçõ es aceitáveis (ver 6.2.9) 6.2.9)
Geral
6.3
Condic ion adores de escoamento
6.3.1 Um condicionador de escoamento pode ser utilizado para reduzir os comprimentos de trecho reto de montante ou por meio do atendimento ao teste de conformidade dado no Item 7.4.1 da ABNT NBR ISO 5167-1:2006, em cuja situação ele pode ser utilizado a jusante de qualquer singularidade de montante, ou por meio do atendimento aos requisitos do Item 7.4.2 da ABNT NBR ISO 5167-1:2006, que fornece possibilidades adicionais fora dos testes de conformidade. Em qualquer caso os testes devem ser desenvolvidos utilizando-se uti lizando-se placas de orifício. Condicionadores de escoamento não patenteados que atenderam ao teste de conformidade da ABNT NBR ISO 5167-1:2006 são o retificador de escoamento do tipo feixe de 19 tubos (1998) e a placa condicionadora de escoamento Zanker. O Anexo B descreve alguns tipos de condicionadores de escoamento patenteados que atenderam ao teste de conformidade. Os Itens 6.3.2 e 6.3.3 fornecem as situações nas quais o retificador de escoamento do tipo feixe de 19 tubos (1998) e a placa condicionadora de escoamento Zanker podem ser utilizados a montante de placas de orifício; 6.3.2.2 e 6.3.3.2 descrevem as situações nas quais o retificador de escoamento do tipo feixe de 19 tubos (1998) e a placa condicionadora de escoamento Zanker podem ser utilizados a jusante de qualquer tipo de singularidade; 6.3.2.3 descreve algumas situações adicionais nas quais o retificador de escoamento do tipo feixe de 19 tubos (1998) pode ser utilizado para reduzir o comprimento do trecho reto de montante requerido; o Anexo B descreve alguns tipos de condicionadores de escoamento que podem ser utilizados a montante de placas de orifício e os requisitos para comprimentos de trechos retos associados a eles. Não se pretende que a inclusão dos condicionadores de escoamento descritos no Anexo B limitem a utilização de outros modelos de condicionadores de escoamento que tenham sido testados e comprovados como capazes de proporcionar desvios suficientemente pequenos no coeficiente de descarga. 6.3.2 Retificador de escoamento tipo feixe de 19 tubos (1998) 6.3.2.1 Descrição 6.3.2.1.1 Projeto O retificador de escoamento do tipo feixe de 19 tubos (1998) deve consistir de 19 tubos arranjados em um padrão cilíndrico como mostrado na Figura 8. 1
2
45º
60º
3 a
Df
4 L
Legenda 1 2 3 4
minimizar a folga parede da tubulação espessura da parede do tubo opções de espaçador de centralização (tipicamente em 4 posições)
a
Df
é o diâmetro externo do retificador de escoamento escoamento
Figura 8 – Retif Retif icador de escoamento tipo feixe de 19 tubos (1998) (1998)
A fim de reduzir o escoamento helicoidal ( swirl) que pode ocorrer entre os tubos exteriores do retificador de escoamento do tipo feixe de 19 tubos (1998) e a parede da tubulação, o diâmetro externo máximo do retificador de escoamento, Df , deve satisfazer
0,95 D ≤ Df ≤ D O comprimento, L, dos tubos deve estar entre 2 D e 3 D, preferencialmente tão próximo quanto possível de 2 D. 6.3.2.1.2 Tubos do retificador de escoamento tipo feixe de 19 tubos (1998) É necessário que todos os tubos do retificador sejam uniformes na lisura, no diâmetro externo e na espessura da parede. A espessura da parede dos tubos individuais do retificador de escoamento do tipo feixe de 19 tubos (1998) deve ser fina. Todos os tubos devem possuir um chanfro interno em ambas as extremidades dos tubos. A espessura da parede deve ser menor que 0,025 D; este valor é baseado na espessura da parede dos tubos utilizados na obtenção dos dados que serviram de base para esta parte da ABNT NBR ISO 5167. 6.3.2.1.3 Fabricação do retificador de escoamento tipo feixe de 19 tubos (1998) O retificador de escoamento do tipo feixe de 19 tubos (1998) deve ser fabricado de forma robusta. Os tubos individuais devem ser soldados uns aos outros nos pontos de contato, pelo menos em ambas as extremidades do feixe de tubos. É importante assegurar que os tubos resultem paralelos um em relação ao outro e em relação ao eixo da tubulação uma vez que, se a conformidade a este requisito não for atendida, o próprio retificador pode introduzir um escoamento helicoidal no escoamento. Podem ser utilizados espaçadores centralizadores na parte externa do feixe de tubos para auxiliar o instalador na centralização do dispositivo na tubulação; estes podem ter a forma de pequenos calços ou pequenas hastes paralelas ao eixo da tubulação. Após ser inserido na tubulação, o retificador deve ser preso com segurança em sua posição. No entanto, o processo de fixação não deve distorcer o feixe de tubos com relação à sua simetria no interior da tubulação. 6.3.2.1.4 Perda de carga O coeficiente de perda de carga, κ , para o retificador de escoamento do tipo feixe de 19 tubos (1998) é aproximadamente igual a 0,75, onde κ é é dado pela seguinte equação:
κ =
Δ pc 1 2
ρ V 2
onde
Δ pc é a perda de carga através da placa condicionadora de escoamento Zanker; ρ
é a massa específica do fluido na tubulação;
V
é a velocidade média axial do fluido na tubulação.
6.3.2.2 Instalação Instalação a jusante de qualquer ti po de si ngularidade 6.3.2.2.1 O 6.3.2.2.1 O retificador de escoamento do tipo feixe de 19 tubos (1998) mostrado na Figura 8 pode ser utilizado a jusante de qualquer tipo de singularidade de montante, com uma placa de orifício cuja relação de diâmetros seja 0,67 ou menor, desde que ela atenda às especificações de fabricação do Item 6.3.2.1 e seja instalada de acordo com o Item 6.3.2.2.2. 6.3.2.2.2 O 6.3.2.2.2 O retificador de escoamento do tipo feixe de 19 tubos (1998) deve ser instalado de tal modo que exista pelo menos 30 D de trecho reto de tubulação entre a placa de orifício e qualquer conexão de montante. O retificador de escoamento do tipo feixe de 19 tubos (1998) deve ser instalado de modo que a distância entre a extremidade de jusante do mesmo e a placa de orifício seja igual a 13 D ± 0,25 D. 6.3.2.3 Opções adicionais
6.3.2.3.1 Um 6.3.2.3.1 Um retificador de escoamento do tipo feixe de 19 tubos (1998) também pode ser utilizado para reduzir o comprimento de trecho reto de tubulação necessário em situações diversas das descritas no Item 6.3.2.2. O retificador de escoamento do tipo feixe de 19 tubos (1998) deve ser como descrito em 6.3.2.1. As posições permitidas para instalação do retificador de escoamento do tipo feixe de 19 tubos (1998) dependem de a distância a partir da placa de orifício até a singularidade de montante mais próxima, medida até a extremidade de jusante da porção curvada da (única) curva mais próxima ou do tê ou a extremidade de jusante da porção curvada ou cônica da redução ou expansão.
Lf ,
A Tabela 4 fornece a faixa de posições permitidas e a posição recomendada para o retificador de escoamento do tipo feixe de 19 tubos (1998) para duas faixas de Lf :
⎯
30 D > Lf ≥ 18 D, e
⎯
Lf
≥ 30 D.
deve Lf deve
ser maior ou igual a 18 D. As posições para o retificador de escoamento do tipo feixe de 19 tubos (1998) são descritas na Tabela 4 em termos de trechos retos entre a extremidade de jusante do retificador de escoamento do tipo feixe de 19 tubos (1998) e a placa de orifício. Caso, para um tipo particular de singularidade, uma relação de diâmetros e um valor de Lf , não exista nenhuma posição indicada na Tabela 4 para o retificador de escoamento do tipo feixe de 19 tubos (1998), então uma instalação com essa singularidade, β e e Lf , não é recomendada. Neste caso, é necessário um aumento no valor do Lf e/ou uma redução no valor do β . O comprimento de trecho reto exigido a jusante da placa de orifício deve atender aos comprimentos mínimos especificados na Tabela 3.
6.3.2.3.2 Quando 6.3.2.3.2 Quando o trecho reto de tubulação entre a placa de orifício e o retificador de escoamento do tipo feixe de 19 tubos (1998) estiver de acordo com os valores especificados nas Colunas A da Tabela 4 e o comprimento de trecho reto de jusante de acordo com a Coluna A da Tabela 3 para uma “incerteza adicional zero”, não é necessário aumentar a incerteza associada ao valor do coeficiente de descarga para se levar em conta o efeito da instalação particular. 6.3.2.3.3 6.3.2.3.3 Uma incerteza adicional de 0,5 % deve ser adicionada aritmeticamente à incerteza do coeficiente de descarga quando: a)
o trecho reto entre a placa de orifício e o retificador de de escoamento do tipo feixe de 19 tubos (1998) não estiver de acordo com o valor correspondente à “incerteza adicional zero” indicada nas Colunas A mas de acordo com o valor correspondente à “incerteza adicional de 0,5 %” indicado in dicado nas Colunas B da Tabela 4; ou
b)
o trecho reto de jusante é menor que o valor correspondente à “incerteza adicional zero” indicado na Coluna A mas igual ou maior que o valor da “incerteza adicional de 0,5 %” indicado na Coluna B da Tabela 3 para uma dada singularidade.
6.3.2.3.4 6.3.2.3.4 Esta parte da ABNT NBR 5167 não pode ser utilizada para prognosticar o valor de qualquer incerteza adicional quando: a)
o trecho reto entre a placa de orifício e o retificador de escoamento do tipo feixe de 19 tubos (1998) (1998) não esteja esteja de acordo com o valor correspondente à “incerteza adicional de 0,5 %” indicado nas Colunas B da Tabela 4; ou
b)
o trecho reto de jusante é menor que o valor correspondente à “incerteza adicional de 0,5 %” especificado na Coluna B da Tabela 3; ou
c)
tanto o trecho trecho reto entre a placa de orifício e o retificador de escoamento escoamento do tipo feixe de 19 tubos (1998) não esteja de acordo com o valor correspondente à “incerteza adicional zero” indicado nas Colunas A da Tabela 4 quanto o trecho reto de jusante seja menor que o valor correspondente à “incerteza adicional zero” especificado na Coluna A da Tabela 3.
6.3.2.3.5 Os 6.3.2.3.5 Os valores fornecidos na Tabela 4 foram determinados experimentalmente utilizando-se um trecho reto de tubulação bastante longo instalado a montante da conexão em questão, de tal modo que o escoamento imediatamente a montante da singularidade pudesse ser considerado como plenamente desenvolvido e livre de escoamentos helicoidais. Como na prática tais condições são difíceis de serem obtidas, deverá haver um trecho reto de tubulação de pelo menos 15 D entre a conexão listada na Tabela 4 e a singularidade mais próxima além daquela, a menos que sejam utilizadas as colunas relativas à qualquer tipo de singularidade. 6.3.2.4 Um exemplo Se for necessário instalar uma curva simples a montante de uma placa de orifício de relação de diâmetros 0,6, existem duas opções para a utilização de um retificador de escoamento do tipo feixe de 19 tubos (1998) que permitem reduzir o comprimento do trecho reto de montante em comparação com os 42 D exigidos (ver Tabela 3) no caso da não utilização de um condicionador de escoamento. Tanto pode ser utilizada uma instalação como descrita no Item 6.3.2.2.2 (ver Figura 9 a) que possui a vantagem de permitir que qualquer singularidade possa ser instalada a qualquer distância a montante da curva simples, quanto pode ser utilizada uma instalação como na Tabela 4 (ver Figura 9 b) que permite um comprimento menor de trecho reto de tubulação a jusante da curva, mas que exige um trecho reto a montante da mesma curva. Caso o comprimento do trecho reto a partir da placa de orifício até a curva seja maior ou igual que 30 D, a Tabela 4 também pode ser utilizada para proporcionar uma faixa mais ampla de posições do retificador de escoamento, mas como raramente estas posições serão necessárias no projeto de tais instalações estas opções não são mostradas na Figura 9.
1
3 D 2 D
13 D ± 0,25 D
≥ 30 D
a) Instalação uti lizando 6.3.2. 6.3.2.2.2 2.2
6.3.2.3.5 Os 6.3.2.3.5 Os valores fornecidos na Tabela 4 foram determinados experimentalmente utilizando-se um trecho reto de tubulação bastante longo instalado a montante da conexão em questão, de tal modo que o escoamento imediatamente a montante da singularidade pudesse ser considerado como plenamente desenvolvido e livre de escoamentos helicoidais. Como na prática tais condições são difíceis de serem obtidas, deverá haver um trecho reto de tubulação de pelo menos 15 D entre a conexão listada na Tabela 4 e a singularidade mais próxima além daquela, a menos que sejam utilizadas as colunas relativas à qualquer tipo de singularidade. 6.3.2.4 Um exemplo Se for necessário instalar uma curva simples a montante de uma placa de orifício de relação de diâmetros 0,6, existem duas opções para a utilização de um retificador de escoamento do tipo feixe de 19 tubos (1998) que permitem reduzir o comprimento do trecho reto de montante em comparação com os 42 D exigidos (ver Tabela 3) no caso da não utilização de um condicionador de escoamento. Tanto pode ser utilizada uma instalação como descrita no Item 6.3.2.2.2 (ver Figura 9 a) que possui a vantagem de permitir que qualquer singularidade possa ser instalada a qualquer distância a montante da curva simples, quanto pode ser utilizada uma instalação como na Tabela 4 (ver Figura 9 b) que permite um comprimento menor de trecho reto de tubulação a jusante da curva, mas que exige um trecho reto a montante da mesma curva. Caso o comprimento do trecho reto a partir da placa de orifício até a curva seja maior ou igual que 30 D, a Tabela 4 também pode ser utilizada para proporcionar uma faixa mais ampla de posições do retificador de escoamento, mas como raramente estas posições serão necessárias no projeto de tais instalações estas opções não são mostradas na Figura 9.
1
3 D 2 D
13 D ± 0,25 D
≥ 30 D
a) Instalação uti lizando 6.3.2. 6.3.2.2.2 2.2
2
D 5 1
3 D 2 D
13 D 12 D
30 D 18 D
b) Instalação uti lizando a Tabela 4 Figura 9 – Exemplos Exemplos de ins talações talações util izando um retificador de escoamento do ti po feixe de 19 tubos (1998) a jusante de uma curva simples
6.3.3 A plac p lac a co ndic nd ic ionad io nad ora or a de es co amento amen to Zanker Zank er 6.3.3.1 Descrição A placa condicionadora de escoamento Zanker descrita aqui é um desenvolvimento do condicionador Zanker descrito no Item C.3.2.5 da norma ABNT NBR ISO 5167-1:2006. A placa condicionadora de escoamento Zanker
possui a mesma distribuição de orifícios em uma placa, porém não possui a estrutura na forma de uma caixa de ovos ligada à placa; ao invés disso a espessura da placa foi aumentada para D/8. A placa condicionadora Zanker não é patenteada. A placa condicionadora de escoamento Zanker [11] mostrada na Figura 10 atende aos requisitos do teste de conformidade descritos no Item 7.4.1.2 da ABNT NBR ISO 5167-1:2006. Uma placa condicionadora de escoamento Zanker que atende às especificações de fabricação dadas em 6.3.3.2 e é instalada de acordo com o Item 6.3.3.3 estará de acordo com esta parte da ABNT NBR ISO 5167. 6.3.3.2 Projeto A placa condicionadora de escoamento Zanker é ilustrada na Figura 10 e consiste de 32 orifícios arranjados em um padrão circular simétrico. As dimensões dos orifícios são função do diâmetro interno D da tubulação e devem estar de acordo com a seguinte distribuição: a) um anel de 4 orifícios centrais de diâmetro 0,141 D ± 0,001 D sobre uma circunferência com diâmetro 0,25 D ± 0,002 5 D; D; b) um anel de 8 orifícios de diâmetro 0,139 D ± 0,001 D sobre uma circunferência com diâmetro 0,56 D ± 0,005 6 D; c) um anel de 4 orifícios de diâmetro 0,136 5 D ± 0,001 D sobre uma circunferência com diâmetro 0,75 D ± 0,007 5 D; D; d) um anel de 8 orifícios de diâmetro 0,110 D ± 0,001 D sobre uma circunferência com diâmetro 0,85 D ± 0,008 5 D; D; e) um anel de 8 orifícios de diâmetro 0,077 D ± 0,001 D sobre uma circunferência com diâmetro 0,90 D ± 0,009 D. D. A tolerância no valor do diâmetro de cada orifício é ± 0,1 mm para D < 100 mm. A espessura da placa perfurada, t c, é tal que 0,12 D ≤ t c ≤ 0,15 D. A espessura do flange depende da aplicação; o diâmetro externo e as superfícies das faces do flange dependem do tipo de flange e da aplicação. aplicaç ão.
45º
8 x 29º 8 x 18º 30' 8 x 11º 40'
D / 8
Figura 10 - Desenho da placa condi cio nadora de escoamento Zanker
O coeficiente de perda de carga, κ , para a placa condicionadora de escoamento Zanker é aproximadamente igual a 3, onde κ é é dado pela seguinte equação:
κ =
Δ pc 1 2
ρ V 2
onde
Δ pc é a perda de carga através da placa condicionadora de escoamento Zanker; ρ
é a massa específica do fluido na tubulação;
V
é a velocidade média axial do fluido na tubulação.
6.3.3.3 Instalação Lf ,
a distância entre a placa de orifício e a singularidade de montante mais próxima, deve ser de pelo menos 17 D. A placa condicionadora de escoamento Zanker deve ser instalada de modo que Ls, a distância entre a face de jusante da placa condicionadora e a placa de orifício seja tal que 7,5 D ≤ Ls ≤ Lf – 8,5 D A placa condicionadora de escoamento Zanker pode ser utilizada para β ≤ 0,67. A distância até uma curva (ou combinação de curvas) ou um tê é medida até a extremidade de jusante da porção curvada da (única) curva mais próxima ou do tê. A distância até uma redução ou uma expansão é medida até a extremidade de jusante da porção curvada ou cônica da redução ou da expansão. As posições dadas nesta subcláusula são aceitáveis a jusante de qualquer tipo de singularidade. Uma faixa mais ampla de posições para instalação da placa condicionadora de escoamento Zanker é permitida se a faixa de singularidades de montante for restringida ou o comprimento total entre a singularidade de montante e placa de orifício for aumentada ou a relação de diâmetros da placa de orifício for reduzida. Estas posições não são descritas aqui.
6.4 6.4 Circularidade e cilindri cidade da tubul ação ação 6.4.1 O 6.4.1 O comprimento de 2 D da seção de tubulação de montante adjacente à placa de orifício (ou ao anel portador se houver um) deve ser fabricado com cuidado especial e deve atender ao requisito que define que nenhum diâmetro em qualquer plano neste comprimento deve diferir mais que 0,3 % do valor médio do D obtido a partir das medições especificadas em 6.4.2. 6.4.2 O 6.4.2 O valor do diâmetro D da tubulação deve ser a média dos diâmetros internos ao longo de um comprimento de 0,5 D a montante da tomada de pressão de montante. O diâmetro interno médio deve ser a média aritmética de medições de pelo menos doze diâmetros, a saber quatro diâmetros posicionados em ângulos aproximadamente iguais entre si, distribuídos em cada uma das pelo menos três seções transversais igualmente distribuídas ao longo de um comprimento de 0,5 D, duas das seções sendo a distâncias de 0 D e 0,5 D a partir da tomada de pressão de montante e uma sendo no plano da solda no caso de uma construção com flanges com pescoço. Se existir um anel portador (ver Figura 4), este valor de 0,5 D deve ser medido a partir da borda de montante do anel portador. 6.4.3 6.4.3 Além dos 2 D a partir da placa de orifício, a tubulação de montante entre a placa de orifício e a primeira singularidade ou perturbação de montante pode ser constituída de uma ou mais seções de tubulação. Entre 2 D e 3 D a partir da placa de orifício, não é necessário considerar nenhuma incerteza adicional no valor do coeficiente de descarga desde que o degrau no diâmetro (a diferença entre os diâmetros) entre duas seções não ultrapasse 0,3 % do valor médio do D obtido a partir das medições especificadas em 6.4.2. Além disso, o degrau causado por um desalinhamento e/ou uma mudança no diâmetro não deve exceder 0,3 % de D em qualquer ponto da circunferência interna da tubulação. Portanto, o emparelhamento dos flanges exige que, na sua instalação, os furos sejam ajustados e os flanges alinhados. Para isso, podem ser utilizados pinos e guarnições autocentrantes. aut ocentrantes. Além dos 10 D a partir da placa de orifício (ver a Referência [12] na Bibliografia), não é necessário considerar nenhuma incerteza adicional no valor do coeficiente de descarga desde que o degrau no diâmetro (a diferença entre os diâmetros) entre duas seções quaisquer não exceda 2 % do valor médio do D obtido a partir das medições
especificadas em 6.4.2. Além disso, o degrau causado por um desalinhamento e/ou uma mudança no diâmetro não deve exceder 2 % de D em qualquer ponto da circunferência interna da tubulação. Se o diâmetro da tubulação a montante do degrau for maior que o a jusante, o diâmetro permitido e os degraus são aumentados de 2 % para 6 % do D. Em cada lado do degrau, a parede da tubulação deve possuir um diâmetro entre 0,98 D e 1,06 D. Além dos 10 D a partir da placa de orifício, a utilização de juntas entre seções não violará este requisito desde que, em uso, eles não sejam mais espessos que 3,2 mm e eles não protuberem para dentro do escoamento. Em uma posição que está além de 10 D a partir da placa de orifício e também além da primeira posição onde poderia ser instalada uma expansão de acordo com a Coluna 10A da Tabela 3, não é necessário considerar nenhuma incerteza adicional no valor do coeficiente de descarga desde que o degrau no diâmetro (a diferença entre os diâmetros) entre duas seções quaisquer não exceda 6 % do valor médio do D obtido a partir das medições especificadas em 6.4.2. Além disso, o degrau causado por um desalinhamento e/ou uma mudança no diâmetro não deve exceder 6 % de D em qualquer ponto da circunferência interna da tubulação. Em cada lado do degrau, a parede da tubulação deve possuir um diâmetro entre 0,94 D e 1,06 D. A primeira posição onde poderia ser instalada uma expansão de acordo com a Coluna 10A da Tabela 3 depende da relação de diâmetros da placa de orifício, por exemplo, será de 26 D a partir da placa de orifício se o β = = 0,6. 6.4.4 Uma 6.4.4 Uma incerteza adicional de 0,2 % deverá ser adicionada aritmeticamente à incerteza associada ao valor do coeficiente de descarga se o degrau no diâmetro ( Δ D) entre duas seções quaisquer exceder os limites dados em 6.4.3 mas atender a seguinte relação:
Δ D D
⎛ s + 0,4 ⎞ ⎜ ⎟ ⎟ < 0,002 ⎜ D ⎜ 0,1+ 2,3 β 4 ⎟ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠
e
Δ D D
< 0,05
onde s é a distância do degrau a partir da tomada de pressão de montante ou, se for utilizado um anel portador, a distância a partir da borda de montante do recesso formado pelo anel portador. 6.4.5 Se 6.4.5 Se um degrau for maior que qualquer um dos limites dados nas desigualdades anteriores ou se existir mais de um degrau fora dos limites dados em 6.4.3, a instalação não estará de acordo com esta parte da ABNT NBR ISO 5167. 6.4.6 Nenhum 6.4.6 Nenhum diâmetro do trecho reto de jusante, considerado ao longo de um comprimento de pelo menos 2 D a partir da face de montante da placa de orifício, deve diferir do diâmetro médio do trecho reto de montante de mais que 3 %. Isto pode ser avaliado por meio da verificação de um único diâmetro do trecho reto de jusante. O emparelhamento dos flanges exige que, na sua instalação, os furos sejam ajustados e os flanges alinhados. Para isso, podem ser utilizados pinos e guarnições autocentrantes. 6.5 Posição da placa de orifício e anéis portadores 6.5.1 A 6.5.1 A placa de orifício deve ser instalada na tubulação de tal modo que o fluido escoe da face montante para a face jusante. 6.5.2 6.5.2 A placa de orifício deve ser montada de forma a se posicionar perpendicularmente à linha de centro da tubulação dentro de 1°. 6.5.3 A 6.5.3 A placa de orifício de estar centralizada no tubo. A distância ec entre a linha de centro do orifício e as linhas de centro do tubo nos lados montante e jusante devem ser medidos. Além disso, para cada tomada de pressão, devem ser determinados os componentes da distância entre a linha de centro do orifício e a linha de centro do tubo na qual ela está localizada nas direções paralela e perpendicular ao eixo da tomada de pressão. ecl, a componente ecl
≤
na direção paralela à tomada de pressão deve ser tal que, para cada tomada de pressão
0,002 5 D 0,1 + 2,3 β 4
ecn, a componente
na direção perpendicular à tomada de pressão deve ser tal que, para cada tomada de pressão
ecn
≤
0,005 D 0,1 + 2,3 β 4
Se, para uma ou mais tomadas de pressão, 0,002 5 D 0,005 D < ecl ≤ 4 0,1 + 2,3 β 0,1 + 2,3 β 4
uma incerteza adicional de 0,3 % deverá ser adicionada aritmeticamente à incerteza associada ao valor do coeficiente de descarga C . Esta incerteza adicional deve ser adicionada apenas uma vez mesmo que a desigualdade anterior ocorra para várias tomadas de pressão. No caso onde, para qualquer tomada de pressão, ou ecl ou ecn >
0,005 D 0,1 + 2,3 β 4
esta parte da ABNT NBR ISO 5167 não fornece nenhuma informação para prognosticar qualquer incerteza adicional devido à falta de concentricidade. 6.5.4 6.5.4 Quando são utilizados anéis portadores, eles devem ser centralizados de tal modo que não protuberem no interior da tubulação em nenhum ponto. 6.6
Método de fixação e junt as
6.61 O método de fixação e de aperto deve ser tal que uma vez que a placa de orifício tenha sido instalada na posição apropriada, ela assim permaneça. É necessário que, quando da instalação da placa de orifício entre flanges, se permita a sua livre expansão térmica e para evitar o seu empenamento e deformação. 6.6.2 Juntas e anéis de vedação devem ser fabricados e instalados de forma forma que não protuberem em nenhum nenhum ponto para dentro do tubo ou através das tomadas ou dos canais de pressão quando da utilização de tomadas de pressão nos cantos. Elas devem ser tão delgadas quanto possível, com a devida consideração tomada na manutenção da relação conforme definido em 5.2. utilizadas entre a placa de orifício e os anéis de câmaras anulares, elas não devem 6.6.3 Caso as juntas sejam utilizadas protuberar para dentro da câmara anular.
An exo A (informativo) Tabelas Tabelas de coefici entes de descarga e de fatores de expansibi lidade lid ade (expansão) (expansão) Tabela A.1 – Placa de orifício com tomadas de pressão do tipo canto – Coeficiente de descarga, C , para D ≥ 71,12 mm Relação de diâmetros
Coeficiente de descarga, C , para Re D igual a
β
5 x 103
1 x 104
2 x 104
3 x 104
5 x 104
7 x 104
1 x 105
3 x 105
1 x 106
1 x 107
1 x 108
∞
0,10 0,12 0,14 0,16 0,18 0,20 0,22 0,24 0,26 0,28 0,30 0,32 0,34 0,36 0,38 0,40 0,42 0,44 0,46 0,48 0,50 0,51 0,52 0,53 0,54 0,55 0,56 0,57 0,58 0,59 0,60 0,61 0,62 0,63 0,64 0,65 0,66 0,67 0,68 0,69 0,70 0,71 0,72 0,73 0,74 0,75
0,600 6
0,599 0
0,598 0
0,597 6
0,597 2
0,597 0
0,506 9
0,596 6
0,509 5
0,596 4
0,596 4
0,596 4
– – – – – – – – – – – – – – – – – – – –
NOTA: Esta tabela é fornecida por conveniência. Os valores apresentados não se aplicam a uma interpolação precisa. A extrapolação não é permitida.
An exo B (informativo) Condicionadores de escoamento B.1 Geral Este anexo descreve alguns condicionadores de escoamento patenteados que podem ser utilizados a montante de placas de orifício e as exigências para trechos retos associados aos mesmos. São descritos o condicionador de escoamento Gallagher e o novo projeto da NOVA N OVA para o condicionador de escoamento do tipo placa perfurada do KLab. São fornecidas as situações nas quais os condicionadores de escoamento passaram nos testes de conformidade e que permitem que os mesmos possam ser utilizados a jusante de qualquer conexão de montante. Não é intenção que a inclusão dos condicionadores descritos aqui venham a limitar a utilização de outros tipos de condicionadores de escoamento que tenham sido testados e aprovados como aptos a propiciar desvios suficientemente pequenos no coeficiente de descarga da placa de orifício. Estes condicionadores de escoamento, disponíveis comercialmente, são dados como exemplos de dispositivos que foram aprovados nos testes de conformidade. Esta informação é fornecida por conveniência dos usuários desta parte da ABNT NBR ISO 5167 e não se constitui em um endosso da ABNT sobre tais produtos.
B.2 Condic Condicionador ionador de escoamento escoamento Gallagher Gallagher - Teste de confor midade B.2.1 O condicionador de escoamento Gallagher mostrado na Figura B.1 B.1 atende ao teste de conformidade dado em 7.4.1.2 a 7.4.1.7 da ABNT NBR ISO 5167-1:2006 (uma parte significativa dos resultados dos testes de conformidade pode ser encontrada nas Referências [8] e [13]) e pode ser utilizado a jusante de qualquer conexão desde que atenda à especificação de fabricação exigida (que deve ser obtida do detentor da patente) e seja instalado de acordo com B.2.3. Gallagher está coberto por uma patente existente. Ele consiste de um B.2.2 O condicionador de escoamento Gallagher dispositivo contra escoamentos helicoidais, uma câmara de acomodação e por último um dispositivo de perfil com perfil com mostrado na Figura B.1.a). O coeficiente de perda de carga, κ , para o condicionador de escoamento Gallagher depende da especificação de fabricação do condicionador; o seu valor é aproximadamente igual a 2, onde κ é é dado pela seguinte equação: κ =
Δ pc 1 2
ρ V 2
onde Δ pc é a perda de carga através do condicionador de escoamento Gallagher e V é é a velocidade média axial do fluido na tubulação. B.2.3 Lf , a distância entre a placa de orifício e a singularidade de montante mais próxima, deve ser de pelo menos 17 D. O condicionador de escoamento Gallagher deve ser instalado de modo que Ls, a distância entre a extremidade de jusante do condicionador de escoamento Gallagher e a placa de orifício seja tal que 5 D ≤ Ls ≤ Lf – 8 D Nesta posição, o condicionador de escoamento Gallagher pode ser utilizado para β ≤ 0,67. Caso 0,67 < β ≤ 0,75, a posição do condicionador de escoamento Gallagher é mais restrita, e Ls é igual a 7 D ± D Nesta posição, o condicionador de escoamento Gallagher atendeu ao Item 7.4.1.7 da ABNT NBR ISO 5167-1:2006 para β = 0,75. A distância até uma curva (ou combinação de curvas) ou um tê é medida até a extremidade de jusante da porção curvada da (única) curva mais próxima ou do tê. A distância até uma redução ou uma expansão é medida até a extremidade de jusante da porção curvada ou cônica da redução ou da expansão. As posições dadas nesta subcláusula são aceitáveis a jusante de qualquer tipo de singularidade. Uma faixa mais ampla de posições para instalação do condicionador de escoamento Gallagher é permitida se a faixa de
singularidades de montante for restringida ou o comprimento total entre a singularidade de montante e placa de orifício for aumentada ou a relação de diâmetros da placa de orifício for reduzida. Estas posições não são descritas aqui.
1
2 ≥ 2,5 Dnom
a
0,125 Dnoma
0,5 Dnoma
b
e
c
a) Arranjo Arranjo típico
Legenda 1 2
dispositivo anti escoamentos helicoidais dispositivo de perfil
a
Dnom é o diâmetro nominal do tubo
b
Comprimento igual à face elevada
c
3,2 mm para tubos de Dnom = 50 mm a 75 mm 6,4 mm para tubos de Dnom = 100 mm a 450 mm 12,7 mm para tubos de Dnom = 500 mm a 600 mm 12,7 mm para hélices de Dnom = 50 mm a 300 mm 17,1 mm para hélices de Dnom = 350 mm a 600 mm
d
3,2 mm para Dnom = 50 mm a 75 mm 6,4 mm para Dnom = 100 mm a 450 mm 12,7 mm para Dnom = 500 mm a 600 mm
e
Direção do escoamento
d
1 3
2 b) Componentes típicos (vistas das faces)
Legenda 1 2 3
dispositivo anti anti escoamentos helicoidais - opção por tubos: feixe de de 19 tubos uniformes uniformes e concêntricos (pode ser montado com pino) dispositivo anti escoamentos helicoidais - opção por pás: 8 pás de comprimento 0,125 D a 0,25 D, concêntricos com o tubo (o dispositivo pode ser montado na entrada do tubo de medição) dispositivo de perfil: padrão 3-8-16 (ver nota)
NOTA O padrão 3-8-16 para o dispositivo de perfil é: 3 orifícios em um círculo de diâmetro 0,15 D a 0,155 D; cujo diâmetro é tal que a soma de suas áreas é 3 % a 5 % da área da seção transversal do tubo; 8 orifícios em um círculo de diâmetro 0,44 D a 0,48 D; cujo diâmetro é tal que a soma de suas áreas é 19 % a 21 % da área da seção transversal do tubo; 16 orifícios em um círculo de diâmetro 0,81 D a 0,85 D; cujo diâmetro é tal que a soma de suas áreas é 25 % a 29 % da área da seção transversal do tubo. Figura B.1 Condic ionado r de escoamento Gallagher
B.3 Projeto da NOVA para o condicionador de escoamento do tipo placa perfurada perfur ada do K-Lab - Teste Teste de confor midade mid ade B.3.1 O Projeto da NOVA para o condicionador de escoamento do tipo placa perfurada perfurada do K-Lab, conhecido como o condicionador K-Lab NOVA, mostrado na Figura B.2 atende ao teste de conformidade dado em 7.4.1.2 a 7.4.1.6 da ABNT NBR ISO 5167-1:2006 (os resultados do teste de conformidade podem ser encontrados nas Referências [8], [14] e [15] da Bibliografia) e pode ser utilizado a jusante de qualquer conexão desde que o mesmo atenda à especificação de fabricação dada em B.3.2 e B.3.3 e seja instalado de acordo com B.3.4. B.3.2 O condicionador de escoamento K-Lab NOVA consiste de de uma placa com 25 orifícios orifícios usinados arranjados de acordo com um padrão circular simétrico como mostrado na Figura B.2. As dimensões dos orifícios são função do diâmetro interno do tubo, D, e depende do número de Reynolds. As posições dos orifícios para um número de 5 Re D ≥ 10 são dados em B.3.3. A espessura da placa, t c, é tal que 0,125 D ≤ t c ≤ 0,15 D. A espessura do flange depende da aplicação; o diâmetro externo e a superfície da face do flange dependem do tipo de flange e da aplicação. O coeficiente de perda de carga, κ , para o condicionador de escoamento K-Lab NOVA é aproximadamente igual a 2, onde κ é é dado pela seguinte equação:
κ =
Δ pc 1 2
ρ V 2
onde
Δ pc é a perda de carga através do condicionador de escoamento K-Lab NOVA; ρ
é a massa específica do fluido na tubulação;
V
é a velocidade média axial do fluido na tubulação.
B.3.3 B.3.3 Posição dos orifícios B.3.3.1
Desde que Re D ≥ 8 x 105, existem
⎯ um orifício central de diâmetro 0,186 29 D ± 0,000 77 D, ⎯ um anel de 8 orifícios de diâmetro 0,163 D ± 0,000 77 D sobre um círculo de diâmetro de 0,5 D ± 0,5 mm, e ⎯ um anel de 16 orifícios de diâmetro 0,120 3 D ± 0,000 77 D sobre um círculo de diâmetro de 0,85 D ± 0,5 mm. B.3.3.2
Desde que 8 x 105 > ReD ≥ 105, existem
⎯ um orifício central de diâmetro 0,226 64 D ± 0,000 77 D, ⎯ um anel de 8 orifícios de diâmetro 0,163 09 D ± 0,000 77 D sobre um círculo de diâmetro de 0,5 D ± 0,5 mm, e ⎯ um anel de 16 orifícios de diâmetro 0,124 22 D ± 0,000 77 D sobre um círculo de diâmetro de 0,85 D ± 0,5 mm.
D
∅
Figura B.2 – O cond ici onador de escoamento K-Lab NOVA B.3.4 Lf , a distância entre a placa de orifício e a singularidade de montante mais próxima, deve ser de pelo menos 17 D. O condicionador de escoamento K-Lab NOVA deve ser instalado de modo que Ls, a distância entre a extremidade de jusante do condicionador de escoamento K-Lab NOVA e a placa de orifício seja tal que 8,5 D ≤ Ls ≤ Lf – 7,5 D Nesta posição, o condicionador de escoamento K-Lab NOVA pode ser utilizado para β ≤ 0,67. A distância até uma curva (ou combinação de curvas) ou um tê é medida até a extremidade de jusante da porção curvada da (única) curva mais próxima ou do tê. A distância até uma redução ou uma expansão é medida até a extremidade de jusante da porção curvada ou cônica da redução ou da expansão. As posições dadas nesta subcláusula são aceitáveis a jusante de qualquer tipo de singularidade. Uma faixa mais ampla de posições para instalação do condicionador de escoamento K-Lab NOVA é permitida se a faixa de singularidades de montante for restringida ou o comprimento total entre a singularidade de montante e placa de orifício for aumentada ou a relação de diâmetros da placa de orifício for reduzida. Estas posições não são descritas aqui.
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