Post on 21-Apr-2015
EM974 - Métodos Computacionaisem Engenharia Térmica e Ambiental – Turma A
Medição de Vazão Utilizando Placas com Orifícios
João Gabriel peral Valente 091674
Vitor Garcia Smith 096935
1. Placas de Orifício2. Objetivo3. Coeficiente de descarga4. Coeficiente de Descarga Empírico5. Condições Gerais para Medição6. Parâmetros Utilizados7. Modelo Virtual8. Numérico9. Resultados10. Influência da Velocidade do Escoamento11. Melhoria12. Conclusão
Índice
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
Placas de orifício
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.
Objetivo
Coeficiente de descarga
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
Condições Gerais para Medição
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.
Parâmetros Utilizados
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
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
Numérico
Distribuição de pressão (LVEL).
Resultados
Resultados
D
Distribuição de velocidade (LVEL).
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- Q= 70,52Kg/s- Cd=0,7003- Erro(%)=13,74%
Resultados
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
Influência da Velocidade do Escoamento
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
Utilizando o objeto PLATE chegou-se nos seguintes resultados:
- ΔP =48171,3 Pa - Q= 70,52Kg/s- Cd=0,6277- Erro(%)=3,9
Resultados
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