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Palavras-chave: Placa de orifício. Medição de vazão 14 páginas

NBR 13225NOV 1994

Medição de vazão de fluidos emcondutos forçados, utilizando placas deorifício e bocais em configuraçõesespeciais (com furos de dreno, emtubulações com diâmetros inferiores a50 mm, como dispositivos de entrada esaída e outras configurações)

Origem: Projeto 04:005.10-016/1993CB-04 - Comitê Brasileiro de Máquinas e Equipamentos MecânicosCE-04:005.10 - Comissão de Estudo de Instrumentos para Medição de Vazãode FluidosNBR 13225 - Specification for square - edged orifice plates and nozzles (withdrain holes, in pipes bellow 50 mm diameter, as inlet and outlet devices) andother orifice plates - SpecificationDescriptors: Orifice plate. Fluid flow measurementEsta Norma foi baseada na BS 1042 Section 1.2:1989 e ISO TC 30 SC2 N 240Válida a partir de 30.12.1994

Especificação

SUMÁRIO1 Objetivo2 Documento complementar3 Condições gerais4 Condições específicas5 Inspeção6 Aceitação e rejeição

1 Objetivo

Esta Norma fixa as condições exigíveis relativas à geometriae ao método de utilização de placas de orifício de entrada cô-nica, placas de orifício com entrada em quarto de círculo eplacas de orifício excêntrico. Nesta Norma são especificadostambém os requisitos para placas de orifício de canto vivo ebocais utilizados em condições fora do objetivo daNBR ISO 5167-1.

2 Documento complementar

Na aplicação desta Norma é necessário consultar:

NBR ISO 5167-1 - Medição de vazão de fluidos por meiode instrumentos de pressão diferencial - Parte 1: Placasde orifício, bocais e tubos de Venturi, instalados em umaseção transversal circular, de condutos forçados.

3 Condições gerais

3.1 Símbolos

Os símbolos utilizados nesta Norma são apresentados na Ta-bela 1.

3.2 Princípio do método de medição e de cálculo

O princípio do método de medição e de cálculo é especificadona NBR ISO 5167-1.

4 Condições específicas

4.1 Placas de orifício de canto vivo e bocais em configura-ções especiais (com furos de dreno, em tubulações com diâ-metros inferiores a 50 mm, como dispositivos de entrada esaída)

4.1.1 Furos de dreno através da face a montante de placasde orifício de canto vivo e bocais

4.1.1.1 Aspectos gerais

Placas de orifício de canto vivo e bocais com furos de drenodevem ser instalados, usados e construídos de acordo com aNBR ISO 5167-1.

2 NBR 13225/1994

Tabela 1 - Símbolos

DimensõesM: massaL: comprimentoT: tempo

a Diâmetro do furo da tomada de pressão L m

C Coeficiente de descarga adimensional -

d Diâmetro do orifício ou garganta do elemento primário nas L mcondições de operação

D Diâmetro interno da tubulação a montante do elemento primário nas L mcondições de operação

e Espessura do orifício L m

E, E1 Espessura da placa de orifício L m

FE Fator de correção adimensional -

k Rugosidade uniforme equivalente L m

P Pressão estática absoluta do fluido ML-1T-2 Pa

qm Vazão em massa MT-1 kg/s

r Raio do perfil L m

Ra Critério de rugosidade L m

Re Número de Reynolds adimensional -

ReD Número de Reynolds referido a D adimensional -

Red Número de Reynolds referido a d adimensional -

β Relação de diâmetros, β = d/D adimensional -

∆p Pressão diferencial ML-1T-2 Pa

ε Fator de expansão adimensional -

k Expoente isoentrópico adimensional -

� Massa específica do fluido ML-3 kg/m3

τ Relação de pressões, τ = p2/p1 adimensional -

Notas: a)Outros símbolos usados nesta Norma são definidos no texto.

b)Alguns símbolos utilizados nesta Norma são diferentes daqueles usados na NBR ISO 5167-1.

c) O subscrito 1 refere-se à seção transversal, no plano da tomada de pressão a montante. O subscrito 2 refere-se à seçãotransversal, no plano da tomada de pressão a jusante.

Símbolo Grandeza representada Unidade

NBR 13225/1994 3

4.1.1.2 Placas de orifício de canto vivo

4.1.1.2.1 Se um furo de dreno for feito através da placa deorifício, os valores dos coeficientes especificados naNBR ISO 5167-1 não podem ser usados, a menos que as se-guintes condições sejam observadas:

a) o diâmetro do tubo deve ser maior que 100 mm;

b) o diâmetro do furo de dreno não pode exceder 0,1d enenhuma parte do furo pode ficar dentro de um círcu-lo, concêntrico com o orifício, de diâmetro (D - 0,2d). Aborda externa do furo de dreno deve ficar tão próximaquanto possível da parede do tubo;

c) o furo de dreno deve estar livre de rebarbas e o bordode entrada deve ter canto vivo;

d) as tomadas de pressão devem ser orientadas de formaque fiquem entre 90° e 180° da posição do furo dedreno;

e) o diâmetro medido do orifício dm deve ser corrigidopara compensar a área adicional do orifício, repre-sentada pelo furo de dreno de diâmetro dk, conformemostrado nas seguintes equações:

- d ≈ dm [1 + 0,55 (dk/dm)2]

- dm ≈ d [1 - 0,55 (dk/d)2]

Nota:Estas equações são baseadas na suposição deque o valor de C ε e (1 - β4)-0,5, para o escoamentoatravés do furo de dreno, é 10% maior que o va-lor para o escoamento através do orifício.

4.1.1.2.2 Uma incerteza adicional, equivalente a 100% dacorreção do furo de dreno, deve ser adicionada aritmetica-mente à incerteza do coeficiente de descarga, quando da esti-mativa da incerteza total da medição da vazão.

4.1.1.3 Bocais ISA 1932

4.1.1.3.1 Se um furo de dreno for feito através da face de en-trada do bocal, os valores dos coeficientes especificados naNBR ISO 5167-1 não podem ser usados, a menos que as se-guintes condições sejam observadas:

a) o valor de β deve ser menor que 0,625;

b) o diâmetro do furo de dreno não pode exceder 0,1de nenhuma parte do furo pode ficar dentro de umcírculo, concêntrico com a garganta, de diâmetro(D - 0,2d);

c) o comprimento do furo de dreno não pode exceder0,1D;

d) o furo de dreno deve estar livre de rebarbas e o bordode entrada deve ter canto vivo;

e) as tomadas de pressão simples devem ser orienta-das, de forma que fiquem entre 90° e 180° da posiçãodo furo de dreno;

f) o diâmetro medido do orifício dm deve ser corrigi-do para compensar a área adicional do orifício, re-presentada pelo furo de dreno de diâmetro dk, con-forme mostrado nas seguintes equações:

- d ≈ dm [1 + 0,40 (dk/dm)2]

- dm ≈ d [1 - 0,40 (dk/d)2]

Nota: Estas equações são baseadas na suposição deque o valor de C ε (1 - β4)-0,5, para o escoamentoatravés do furo de dreno, é 10% maior que o va-lor para o escoamento através da garganta dobocal.

4.1.1.3.2 Uma incerteza adicional, equivalente a 100% da cor-reção do furo de dreno, deve ser adicionada aritmeticamenteà incerteza do coeficiente de descarga, quando da estimativada incerteza total da medição da vazão.

4.1.1.4 Bocais de raio longo

Não devem ser usados furos de dreno com estes elementosprimários.

4.2 Placas de orifício de canto vivo, instaladas emtubulações com diâmetro 25 mm < D < 50 mm

4.2.1 Aspectos gerais

As placas de orifício devem ser instaladas e construídas deacordo com a NBR ISO 5167-1.

4.2.2 Limites de utilização

Se uma placa de orifício de canto vivo for instalada em tubula-ção de diâmetro 25 mm < D < 50 mm, as seguintes condiçõesdevem ser estritamente observadas:

a) os tubos devem ter superfície interna de alta qualidade,tais como: tubos de cobre ou latão trefilados, tubos devidro ou de plástico, ou tubos de aço trefilados ou usi-nados com acabamento fino. Os tubos de aço devemser inoxidáveis para utilização com fluidos corrosi-vos, tal como água. A rugosidade equivalente unifor-me k deve ser menor que 0,03 mm para qualquer β.Se o tubo for usinado, o acabamento da superfície deveser menor que 0,3 µm;

b) as placas de orifício devem ter tomadas de canto, pre-ferencialmente do tipo com anel piezométrico;

c) a relação de diâmetros β deve estar entre 0,23 e0,7 e o valor de C β2(1 - β4)-0,5 deve estar entre 0,032e 0,350.

4.2.3 Coeficientes de descarga e respectivas incertezas

4.2.3.1 A equação de Stolz para tomadas de canto, dada naNBR ISO 5167-1, deve ser utilizada para calcular o coeficien-te de descarga, desde que os números de Reynolds mínimosestejam acima dos seguintes valores:

ReD > 40000 β2 para 0,23 < β < 0,5

ReD > 10000 para 0,5 < β < 0,7

4.2.3.2 Uma incerteza adicional de 1,0% deve ser somadaaritmeticamente à incerteza no coeficiente de descarga ecalculada de acordo com a NBR ISO 5167-1.

4 NBR 13225/1994

4.3 Medição com placas de orifício ou bocais sem tubulaçãoa montante ou a jusante

4.3.1 Aspectos gerais

Este item aplica-se onde não há tubulação do lado a montan-te ou a jusante, ou ambos os lados, do elemento primário, is-to é, para escoamento de um compartimento de grande volu-me para uma tubulação, ou vice-versa, ou escoamento atra-vés de um elemento instalado na parede de separação entredois compartimentos de grande volume.

4.3.2 Escoamento de um compartimento de grande volume(sem tubulação a montante) para uma tubulação ou outrocompartimento de grande volume

4.3.2.1 Tomadas de pressão a montante e a jusante

4.3.2.1.1 O espaço a montante do elemento primário deveser considerado de grande volume, quando:

a) não houver nenhuma parede mais próxima que 4d doeixo do elemento ou do plano da face de entrada doelemento;

b) a velocidade do fluido em qualquer ponto, a uma dis-tância maior que 4d do elemento, for menor que 3%da velocidade no orifício ou garganta;

c) o diâmetro da tubulação a jusante não for menorque 2d.

Notas: a)A primeira condição implica, por exemplo, que umatubulação a montante de diâmetro maior que 8d (ouseja, quando β < 0,125) pode ser encarada como umcompartimento de grande volume. A segunda condi-ção, que exclui perturbações a montante devido a efei-tos de correntes, turbilhonamento e jatos, implica queo fluido deve entrar no compartimento por uma áreanão menor que 33 vezes a área do orifício ou gargan-ta. Por exemplo, se o escoamento é causado pela que-da de nível de líquido em um tanque, a área da superfí-cie do líquido não pode ser menor que 33 vezes a áreado orifício ou garganta, através da qual o tanque estásendo descarregado. A distância da tomada de pres-são a montante, isto é, a tomada no compartimentode grande volume até a linha de centro do elementoprimário, deve ser maior que 5d.

b)A tomada de pressão a montante deve, preferencial-mente, ser localizada em uma parede perpendicularao plano do orifício e estar dentro de uma distância de0,5d deste plano. A tomada não precisa, necessariamen-te, estar localizada em uma parede, podendo estar noespaço aberto. Se o compartimento for muito grande(como uma sala, por exemplo) a tomada deve ser pro-tegida de perturbações.

4.3.2.1.2 A tomada a jusante deve estar de acordo com a es-pecificação para tomadas de canto dada na NBR ISO 5167-1.Se o lado a jusante também consistir de um compartimentode grande volume, a tomada deve estar localizada de ma-neira semelhante à da tomada a montante, exceto para bo-cais-Venturi, onde deve ser utilizada a tomada na garganta.

Nota: Quando as tomadas a montante e a jusante estiverem lo-calizadas em diferentes níveis horizontais, pode ser neces-sário considerar a diferença de pressão devido à coluna hi-drostática.

4.3.2.2 Placas de orifício de canto vivo com tomadas decanto

4.3.2.2.1 Placas de orifício de canto vivo com tomadas de can-to devem ser fabricadas de acordo com a NBR ISO 5167-1.

4.3.2.2.2 Os limites de utilização para placas de orifício decanto vivo com tomadas de canto, quando o escoamento vemde um compartimento de grande volume, são:

a) d > 6 mm;

b) tubulação a montante: β < 0,125;

c) tubulação a jusante: 0,2 < β < 0,5;

d) compartimento a jusante: β < 0,125;

e) C β2 (1 - β4)-0,5 < 0,009;

f) Red > 50000.

4.3.2.2.3 O coeficiente de descarga C é dado porC = 0,596. A incerteza do valor de C é igual 1%.

4.3.2.2.4 O fator de expansão E é dado pela equação abai-xo e se aplica apenas quando p1/p2 > 0,75:

ε β ∆ = 1 - (0,41 + 0,35 )

p kp1

4

Notas: a)Quando β, ∆p, p1 e k são supostos sem erro, a incer-

teza percentual do fator de expansão é igual a4 ∆p/p

1.

b)Os resultados de ensaios para a determinação de ε sãoconhecidos apenas para ar, vapor d’água e gás natu-ral. Entretanto, não há objeções conhecidas para a uti-lização da mesma equação para outros gases e vapo-res, desde que o expoente isoentrópico seja conhe-cido.

4.3.2.3 Bocal ISA e bocal-Venturi

4.3.2.3.1 Os bocais ISA e os bocais-Venturi devem ser fabri-cados de acordo com a NBR ISO 5167-1.

4.3.2.3.2 Os limites de utilização para bocais ISA e bocais-Venturi, quando o escoamento vem de um compartimentode grande volume, são:

a) d > 11,5 mm;

b) tubulação a montante: β < 0,125;

c) tubulação a jusante: 0,2 < β < 0,5;

d) compartimento a jusante: β < 0,125;

e) C β2 (1 - β4)-0,5 < 0,015;

f) Red > 100000.

4.3.2.3.3 O coeficiente de descarga C é dado por: C = 0,99.A incerteza do valor de C é de 1%.

NBR 13225/1994 5

4.3.2.3.4 O fator de expansão ε é dado pela equação abai-xo e se aplica apenas quando p2/p1 > 0,75.

ε τ ττ

= k

k - 1

1 - 1 -

2/k (k - 1)/k 0,5

Nota: A incerteza percentual do fator de expansão é igual a2 (∆p/p

1)%.

4.3.3 Escoamento para um compartimento de grandevolume (sem tubulação a jusante do elemento primário)

4.3.3.1 O espaço a jusante do elemento primário deve serconsiderado de grande volume, se não houver nenhuma pare-de mais próxima que 4d do eixo do elemento ou da face a ju-sante da placa de orifício ou bocal.

4.3.3.2 O diâmetro da tubulação a montante deve ser maiorque 2,5 d (isto é, β < 0,4).

4.3.3.3 A tomada a montante deve seguir as especificaçõespara tomadas de canto dadas na NBR ISO 5167-1.

4.3.4 Placas de orifício de canto vivo com tomadas de canto

4.3.4.1 As placas de orifício de canto vivo com tomadasde canto devem ser fabricadas de acordo com aNBR ISO 5167-1.

4.3.4.2 Quando 25 mm < D < 50 mm, aplicam-se os limitesdados em 4.2.2, observando-se o seguinte:

0,4 < β < 0,7

0,1 < C β2 (1 - β4)-0,5 < 0,35

4.3.4.3 Quando 50 mm < D < 1000 mm, aplicam-se os limi-tes dados na NBR ISO 5167-1, observando-se o seguinte:

0,4 < β < 0,8

0,1 < C β2 (1 - β4)-0,5 < 0,50

4.3.4.4 Quando 25 mm < D < 50 mm, aplicam-se os coefici-entes e incertezas dados em 4.2.3.

4.3.4.5 Quando 50 mm < D < 1000 mm, aplicam-se os coe-ficientes e incertezas dados na NBR ISO 5167-1.

4.3.5 Bocal ISA e bocal-Venturi

4.3.5.1 Bocais ISA e bocais-Venturi devem ser fabricados deacordo com a NBR ISO 5167-1, observando-se o seguinte:

0,4 < β < 0,8

0,16 < C β2 (1-β4)-0,5 < 0,75

4.3.5.2 Os coeficientes e incertezas dados naNBR ISO 5167-1 são aplicáveis no caso anterior.

4.3.5.3 A distância da tomada a jusante (isto é, a tomada nocompartimento de grande volume) à linha de centro do orifí-cio ou bocal deve ser maior que 5d.

4.3.5.4 Para bocais-Venturi deve ser utilizada tomada na gar-ganta.

Notas: a)A tomada a jusante deve, preferencialmente, ser locali-zada em uma parede perpendicular ao plano do orifí-cio e estar dentro de uma distância de 0,5d deste pla-no. A tomada não precisa, necessariamente, estar loca-lizada em alguma parede, podendo estar no espaçoaberto. Se o espaço for muito grande (como umasala, por exemplo) a tomada deve ser isolada deperturbações.

b)Quando as tomadas a montante e a jusante estiveremem diferentes níveis horizontais, pode ser necessário le-var em conta a diferença de pressão devida à coluna hi-drostática.

4.4 Placa e orifício de entrada cônica

4.4.1 Aspectos gerais

As placas de orifício de entrada cônica devem ser utilizadas einstaladas de acordo com as orientações pertinentes para pla-cas de canto vivo da NBR ISO 5167-1.

Nota: Uma placa de orifício de entrada cônica tem a caracterís-tica de que o seu coeficiente de descarga permanececonstante até valores baixos de números de Reynolds, tor-nando-a, assim, adequada para a medição de vazão defluidos viscosos. Além disto, as placas de orifício de entra-da cônica têm um coeficiente de descarga constante paraqualquer β, dentro dos limites dados nesta Norma.

4.4.2 Limites de utilização

4.4.2.1 Os limites de utilização para placa de orifício de entra-da cônica devem ser os seguintes:

a) d > 6 mm;

b) D < 500 mm;

c) 0,1 < β < 0,316;

d) 0,007 < C β2 (1 - β4)-0,5 < 0,074;

e) 80 < ReD < 200000 β.

4.4.2.2 O limite inferior do diâmetro do tubo D depende darugosidade interna da tubulação a montante e deve estar deacordo com a Tabela 2.

Nota: Dentro destes limites, o valor de β é escolhido pelo usuá-rio, levando-se em consideração alguns parâmetros, taiscomo: pressão diferencial requerida, incerteza, perda decarga aceitável e pressão estática disponível.

4.4.3 Descrição

A placa de orifício de entrada cônica é mostrada na Figura 1.As letras nela mostradas são fornecidas apenas para finalida-des de referência em 4.4.3.1 a 4.4.3.8.

6 NBR 13225/1994

Tabela 2 - Diâmetro interno mínimo da tubulação a montante para placas de orifício de entrada cônica

Material Condição Diâmetro interno mínimo (mm)

latão, cobre, chumbo, vidro, liso, sem sedimentos 25plástico, aço novo, trefilado a frio 25

novo, sem costura 25novo, com costura 25levemente enferrujado 25enferrujado 50levemente incrustado 200betumado, novo 25betumado, usado 25galvanizado 25

ferro fundido betumado 50não enferrujado 50enferrujado 200

Figura 1 - Placa de orifício de entrada cônica

NBR 13225/1994 7

4.4.3.1 Formato geral

4.4.3.1.1 A parte da placa dentro da tubulação deve ser circu-lar e concêntrica com a linha de centro da tubulação. As facesda placa devem ser planas e paralelas.

4.4.3.1.2 Salvo indicação em contrário, os requisitos de4.4.3.1.3 e 4.4.3.2 a 4.4.3.8 devem se aplicar apenas à parteda placa no interior da tubulação.

4.4.3.1.3 Devem ser tomados cuidados no projeto e na insta-lação da placa para assegurar que as suas deformações plás-ticas e elásticas, devido à pressão diferencial e outras ten-sões, não afetem a planicidade (conforme descrito em4.4.3.2.1) em mais que 1% nas condições de operação.

4.4.3.2 Face a montante A

4.4.3.2.1 A face a montante A da placa deve ser plana, quan-do a placa for instalada na tubulação, com diferencial de pres-são zero, através da tubulação.

Nota: Desde que possa ser demonstrado que o método de mon-tagem não distorce a placa, sua planicidade pode ser medi-da com a placa removida da tubulação. Nestas circuns-tâncias, a placa pode ser considerada plana se a inclinaçãode uma linha reta, conectando quaisquer dois pontos desua superfície em relação a um plano perpendicular à linhade centro, for menor que 0,5%, ignorando-se os inevitá-veis defeitos locais da superfície que forem invisíveis aolho nu.

4.4.3.2.2 A face a montante A da placa de orifício deve ter umcritério de rugosidade Ra menor ou igual a 0,0001 d, den-tro de um círculo cujo diâmetro não é menor que 1,5d, con-cêntrico com o orifício.

Nota: É recomendado fazer uma marca visível, quando a placaestiver instalada, para mostrar que a face a montante A daplaca está corretamente instalada com relação ao sentidode escoamento.

4.4.3.3 Face a jusante B

A face a jusante B deve ser plana e paralela à face a montante.

Nota: Não é necessário ter a mesma qualidade de acabamentosuperficial da face a montante para face a jusante. A pla-nicidade e o acabamento da face a jusante podem ser ava-liados por inspeção visual.

4.4.3.4 Espessuras e1, E1 e E

4.4.3.4.1 A espessura e1 da entrada cônica deve ser0,084d ± 0,003d.

4.4.3.4.2 A espessura E1 da placa de orifício, até uma dis-tância não inferior a 1,0 d da linha de centro, não deve exce-der 0,105d.

4.4.3.4.3 A espessura E da placa de orifício, a uma distân-cia maior que 1,0d da linha de centro, pode exceder 0,105d,mas não deve exceder 0,1D. A espessura adicional deve es-tar na face a jusante da placa.

4.4.3.4.4 Os valores de E1, medidos em qualquer ponto daplaca, não devem diferir entre si em mais que 0,001D.

4.4.3.4.5 Os valores de E, medidos em qualquer ponto daplaca, não devem diferir entre si em mais que 0,005D.

4.4.3.5 Entrada cônica

A borda a montante do orifício deve ser chanfrada com umângulo de 45° ± 1°.

4.4.3.6 Orifício paralelo

4.4.3.6.1 O orifício deve ser paralelo à linha de centro de± 0,5°.

4.4.3.6.2 O comprimento axial do orifício paralelo deve serde 0,021d ± 0,003d.

4.4.3.7 Bordos H, I e G

4.4.3.7.1 O bordo a montante H, formado pela interseçãoda entrada cônica com a face a montante, não deve ser arre-dondado.

4.4.3.7.2 O bordo de montante I, formado pela interseção doorifício paralelo com a entrada cônica, não deve ser arre-dondado.

4.4.3.7.3 Os bordos a montante H e I e o bordo a jusanteG não devem ter rebarbas ou qualquer defeito visível aolho nu.

4.4.3.8 Diâmetro do orifício

4.4.3.8.1 O diâmetro do orifício d deve ser tomado comosendo a média da medição de pelo menos quatro diâmetrosdistribuídos em planos axiais, espaçados, aproximadamente,em ângulos iguais. Nenhum diâmetro deve diferir mais que0,05% do valor do diâmetro médio.

4.4.3.8.2 O orifício paralelo deve ser cilíndrico e perpendicu-lar à face de entrada.

4.4.4 Tomadas de pressão

Devem ser utilizadas tomadas de canto, conforme especifi-cado na NBR ISO 5167-1. As tomadas a montante e a jusantedevem ser iguais.

4.4.5 Coeficientes e respectivas incertezas

4.4.5.1 O coeficiente de descarga C é igual a 0,734. A in-certeza do valor de C é de 2%.

4.4.5.2 O valor do fator de expansão ε para placas de orifí-cio de entrada cônica deve ser tomado como a média dosvalores do fator de expansão ε para uma placa de orifício decanto vivo e para um bocal ISA 1932, conforme especifica-dos na NBR ISO 5167-1. Estes valores devem ser calcula-dos nas mesmas condições. A incerteza do fator de expan-são é de 33 (1 -ε).

4.4.5.3 A incerteza de outras quantidades deve ser determi-nada de acordo com a NBR ISO 5167-1.

8 NBR 13225/1994

d) ReD < 100000 β;

e) D < 500 mm.

4.5.2.2 O limite inferior do diâmetro do tubo D depende darugosidade interna do tubo a montante da placa e deve estarde acordo com a Tabela 3.

4.5.2.3 O limite inferior do número de Reynolds ReD é dadopela seguinte equação:

ReD(min) = 1000 β + 9,4 x 106 (β - 0,24)8

Por conveniência, valores de ReD(min) são dados na Tabela 4.

Nota: Dentro destes limites, o valor de β é escolhido pelo usuário,levando-se em consideração alguns parâmetros, tais como:pressão diferencial requerida, incerteza, perda de cargaaceitável e pressão estática disponível.

4.5.3 Descrição

A placa de orifício de entrada em quarto de círculo é mostradana Figura 2. As letras nela mostradas são fornecidas apenascom a finalidade de referência em 4.5.3.2 a 4.5.3.7.

Tabela 3 - Diâmetro interno mínimo da tubulação a montante para placas de orifício de entrada em quartode círculo

Material Condição Diâmetro interno mínimo (mm)

latão, cobre, chumbo, vidro, liso, sem sedimentos 25plástico, aço novo, trefilado a frio 25

novo, sem costura 25novo, com costura 25levemente enferrujado 25enferrujado 100levemente incrustado 200betumado, novo 25betumado, usado 75galvanizado 50

ferro fundido betumado 25não enferrujado 50enferrujado 200

4.5 Placas de orifício de entrada em quarto de círculo

4.5.1 Aspectos gerais

As placas de orifício de entrada em quarto de círculo devemser utilizadas e instaladas de acordo com as orientações per-tinentes para placas de canto vivo da NBR ISO 5167-1.

Nota: Uma placa de orifício de entrada em quarto de círculo tema característica de que seu coeficiente de descargapermanece constante até baixos números de Reynolds,tornando-a, assim, adequada para a medição de vazão defluidos viscosos.

4.5.2 Limites de utilização

4.5.2.1 Os limites de utilização para placas de orifício de en-trada em quarto de círculo devem ser os seguintes:

a) d > 15 mm;

b) 0,245 < β < 0,6;

c) 0,046 < C β2 (1 - β4)-0,5 < 0,326;

Tabela 4 - Coeficientes de descarga para placas de orifício de entrada em quarto de círculo

β C r/d ReD(min)

0,245 0,772 0,100 2500,250 0,772 0,101 2500,260 0,772 0,101 2600,270 0,773 0,102 2700,280 0,773 0,103 2800,290 0,773 0,104 2900,300 0,774 0,105 3000,310 0,774 0,106 3100,320 0,775 0,106 3200,330 0,775 0,107 3300,340 0,776 0,108 3400,350 0,776 0,109 3500,360 0,777 0,110 3600,370 0,778 0,111 3700,380 0,779 0,112 3800,390 0,780 0,114 3900,400 0,781 0,115 4000,410 0,783 0,116 420

/continua

NBR 13225/1994 9

β C r/d ReD(min)

0,420 0,784 0,118 4300,430 0,786 0,119 4500,440 0,787 0,121 4600,450 0,789 0,123 4900,460 0,791 0,125 5100,470 0,794 0,127 5400,480 0,796 0,129 5800,490 0,799 0,132 6300,500 0,802 0,135 7000,510 0,805 0,139 7800,520 0,808 0,143 8800,530 0,812 0,147 10000,540 0,816 0,153 12000,550 0,820 0,159 14000,560 0,824 0,167 16000,570 0,829 0,174 19000,580 0,834 0,183 23000,590 0,339 0,194 27000,600 0,844 0,207 3300

/continuação

Figura 2 - Placa de orifício de entrada em quarto de círculo

10 NBR 13225/1994

4.5.3.1 Formato geral

4.5.3.1.1 A parte da placa dentro da tubulação deve ser circu-lar e concêntrica com a linha de centro da tubulação. As facesda placa devem ser planas e paralelas.

4.5.3.1.2 Salvo indicação em contrário, os requisitos de4.5.3.1.3 e 4.5.3.2 a 4.5.3.8 devem se aplicar apenas à parteda placa no interior da tubulação.

4.5.3.1.3 Devem ser tomados cuidados no projeto e na instala-ção da placa para assegurar que as suas deformações plásti-cas e elásticas, devido à pressão diferencial e outras tensões,não afetem a planicidade (conforme descrito em 4.5.3.2.1)em mais que 1%, nas condições de operação.

4.5.3.2 Face a montante A

4.5.3.2.1 A face a montante A da placa deve ser plana, quan-do a placa for instalada na tubulação, com diferencial de pres-são zero, através da tubulação.

Nota: Desde que possa ser demonstrado que o método demontagem não distorce a placa, sua planicidade pode sermedida com a placa removida da tubulação. Nestas cir-cunstâncias, a placa pode ser considerada plana se a incli-nação de uma linha reta, conectando quaisquer dois pon-tos de sua superfície em relação a um plano perpendicu-lar à linha de centro, for menor que 0,5%, ignorando-se osinevitáveis defeitos locais da superfície que forem invisíveisa olho nu.

4.5.3.2.2 A face a montante A da placa de orifício deve terum critério de rugosidade Ra menor ou igual a 0,0001d, den-tro de um círculo cujo diâmetro não é menor que 1,5d, con-cêntrico com o orifício.

Nota: É recomendado fazer uma marca visível, quando a placaestiver instalada, para mostrar que a face a montante A daplaca está corretamente instalada com relação ao sentidode escoamento.

4.5.3.3 Face a jusante B

A face a jusante B deve ser plana e paralela à face a montante.

Nota: Não é necessário ter a mesma qualidade de acabamen-to superficial da face a montante para a face a jusante. Aplanicidade e o acabamento da face a jusante podem seravaliados por inspeção visual.

4.5.3.4 Espessuras e, E

4.5.3.4.1 A espessura e da seção do orifício não deve sermenor que 2,5 mm nem maior que 0,1D.

4.5.3.4.2 Quando o raio r do perfil exceder 0,1D (o que acon-tece quando β excede 0,571), a espessura da placa deve serreduzida de r para 0,1D, pela remoção de metal da face amontante.

4.5.3.4.3 Quando a espessura E da placa de orifício exce-der o raio r, a espessura da placa deve ser reduzida parar, pela remoção de metal da face a jusante, de modo a for-mar uma nova face a jusante em um rebaixo de diâmetro1,5d, com sua borda chanfrada a 45°.

4.5.3.4.4 Os valores de e medidos em qualquer ponto da pla-ca não devem diferir entre si em mais de 0,001D.

4.5.3.5 Perfil do orifício a montante

4.5.3.5.1 O perfil de entrada deve ser circular e de raio r,com centro na face a jusante da placa.

Nota: O perfil pode não ser um quarto de círculo completo, devidoao limite especificado em 4.5.3.4.2.

4.5.3.5.2 O raio r do perfil deve ser determinado pela se-guinte equação:

r/d = 3,17 x 10-6 e16,8 β + 0,0554 e1,016 β + 0,029, dentro de ± 0,05r

Notas: a)Por conveniência, valores de r/d são dados na Ta-bela 4.

b)O raio do perfil deve ser o mesmo para todas as seçõesdentro de ± 0,01r.

c) A variação permitida no raio do perfil permite que umaplaca de orifício, projetada para um determinado D,possa ser utilizada em tubos entre 0,95D e 1,05D.

4.5.3.5.3 A tangente ao perfil no bordo de saída deve ser per-pendicular à face a montante da placa dentro de ± 1°.

4.5.3.5.4 A superfície do perfil não deve ter rebarbas nem ou-tros defeitos visíveis a olho nu.

4.5.3.6 Bordo de saída

O bordo do orifício a jusante deve ter canto vivo e não deveter rebarbas ou qualquer defeito visível a olho nu.

4.5.3.7 Diâmetro do orifício

O diâmetro do orifício d deve ser tomado como sendo amédia da medição de pelo menos quatro diâmetros distribuí-dos em planos axiais, espaçados, aproximadamente, em ân-gulos iguais. Nenhum diâmetro deve diferir em mais que0,1% do valor do diâmetro médio.

4.5.4 Tomadas de pressão

Para tubulações de diâmetro até 40 mm devem ser utilizadastomadas de canto, conforme especificado na NBR ISO 5167-1.Para tubulações de diâmetro maior ou igual a 40 mm podemser utilizadas tanto tomadas de canto como tomadas nos flan-ges, conforme especificado na NBR ISO 5167-1.

4.5.5 Coeficientes e respectivas incertezas

4.5.5.1 Coeficiente de descarga

O coeficiente de descarga C é dado pela seguinte equação:

C = 0,73823 + 0,3309 β - 1,1615 β2 + 1,5084 β3

4.5.5.2 A incerteza do valor de C é de 2% (quando β > 0,316)e de 2,5% (quando β < 0,316). Por conveniência, a Tabela 4dá valores de C como função de β.

NBR 13225/1994 11

4.5.5.3 Fator de expansão

4.5.5.3.1 O valor do fator de expansão ε para placas de ori-fício de entrada em quarto de círculo, para os dois arranjos detomadas citados, é dado pela seguinte equação empírica:

ε β ∆ = 1 - (0,41 + 0,35 )

p kp

4

1

4.5.5.3.2 Esta equação é válida dentro dos limites dados em

4.5.2 e se aplica apenas quando p p

0,75.2

1

≥

4.5.5.3.3 Quando β, ∆p/p1 e k são supostos sem erro, a incer-teza percentual do fator de expansão é igual a4 (∆p/p1)%, (quando β < 0,6.

4.5.5.3.4 Os resultados de ensaios para a determinação deε são conhecidos apenas para ar, vapor d’água e gás natural.Entretanto, não há objeções conhecidas para a utilização damesma equação para outros gases e vapores, desde queconhecido o expoente isoentrópico.

4.5.5.4 Incertezas

A incerteza de outras grandezas deve ser determinada deacordo com a NBR ISO 5167-1.

4.6 Placas de orifício excêntrico

4.6.1 Aspectos gerais

A placa de orifício excêntrico é projetada para ser instaladade modo a não obstruir o escoamento de gás, líquido ou sedi-mentos arrastados por algum fluido. Esta placa deve ser ins-talada e utilizada de acordo com os itens pertinentes daNBR ISO 5167-1.

4.6.2 Limites de utilização

Os limites de utilização para placas de orifício excêntricodevem ser os seguintes:

a) d > 50 mm;

b) 100 mm < D < 1000 mm;

c) 0,46 < β < 0,84;

d) 0,136 < C β2 (1 - β2)-0,5 < 0,423;

e) 2 x 105 β2 < ReD < 106 β.

4.6.3 Descrição

A Figura 3 mostra a placa de orifício excêntrico. As letras nelamostradas têm apenas a finalidade de referência nas seções4.6.3.2 a 4.6.3.9.

4.6.3.1 Formato geral

4.6.3.1.1 A parte da placa dentro da tubulação deve ser circu-lar e o orifício deve ser tangencial com a parede interna dotubo.

4.6.3.1.2 Salvo indicação em contrário, os requisitos das se-ções 4.6.3.1.3 e 4.6.3.2 a 4.6.3.9 devem se aplicar somente àparte da placa no interior da tubulação.

4.6.3.1.3 Devem ser tomados cuidados no projeto e na insta-lação da placa para assegurar que as suas deformações plás-ticas e elásticas, devido à pressão diferencial e outras ten-sões, não afetem a planicidade em mais que 1% nas condi-ções de operação, conforme descrito em 4.6.3.2.1.

4.6.3.2 Face a montante A

4.6.3.2.1 A face a montante A da placa deve ser plana, quandoa placa for instalada na tubulação, com diferencial de pressãozero, através da tubulação.

Nota: Desde que possa ser demonstrado que o método de mon-tagem não distorce a placa, sua planicidade pode ser me-dida com a placa removida da tubulação. Nestas circuns-tâncias, a placa pode ser considerada plana se a inclinaçãode uma linha reta, conectando quaisquer dois pontos desua superfície em relação a um plano perpendicular à linhade centro, for menor que 0,5%, ignorando-se os inevitáveisdefeitos locais da superfície que forem invisíveis a olho nu.

4.6.3.2.2 A face a montante A da placa de orifício deve ter umcritério de rugosidade Ra menor ou igual a 0,0001d, dentro deum círculo, cujo diâmetro não é menor que 1,5d, concêntricocom o orifício, exceto para as partes fora do diâmetro D (ver4.6.3.2.1).

Nota: É recomendado fazer uma marca visível, quando a placaestiver instalada, para mostrar que a face a montante A daplaca está corretamente instalada com relação ao sen-tido de escoamento.

4.6.3.3 Face a jusante B

A face a jusante B deve ser plana e paralela à face a montante.

Nota: Não é necessário ter a mesma qualidade de acabamentosuperficial da face montante para a face jusante. A plani-cidade e o acabamento da face a jusante podem ser ava-liados por mera inspeção visual.

4.6.3.4 Espessura e, E

4.6.3.4.1 A espessura e do orifício deve estar entre 0,005De 0,02D.

4.6.3.4.2 Os valores de e, medidos em qualquer ponto daplaca, não podem diferir entre si em mais que 0,001D.

4.6.3.4.3 A espessura E da placa de orifício deve estar en-tre e e 0,05D.

4.6.3.4.4 Os valores de E, medidos em qualquer ponto daplaca, não devem diferir entre si em mais que 0,001D.

4.6.3.5 Ângulo do chanfro

4.6.3.5.1 Se a espessura E da placa exceder a espessurae do orifício, a placa deve ser chanfrada na face a jusante ea superfície do chanfro deve ser bem acabada.

4.6.3.5.2 O ângulo do chanfro F deve ser 45° ± 15°.

4.6.3.5.3 A placa não deve ser chanfrada se a espessura Efor menor ou igual a 0,02D.

Nota: Embora sejam pouco prováveis os efeitos prejudiciaiscausados por detritos acumulados no chanfro a jusante,tal acúmulo de detritos deve ser eliminado se a espessuraE da placa for reduzida à espessura e do orifício, de talforma que o chanfro não seja necessário.

12

NB

R 13225/1994Figura 3 - Placa de orifício excêntrico

NBR 13225/1994 13

4.6.3.6 Bordos G, H e I

4.6.3.6.1 O bordo a montante G e os bordos a jusante H e Inão podem ter rebarbas, riscos ou outras peculiaridades vi-síveis a olho nu.

4.6.3.6.2 O bordo a montante G deve ser considerado vi-vo se o raio da borda não for maior que 0,0004d.

Nota: Se d > 125 mm, este requisito pode ser considerado satis-fatório, por simples inspeção visual, verificando se o raio daborda não parece refletir um feixe de luz, quando obser-vado a olho nu. Se d < 125 mm, a inspeção visual pode nãoser suficiente, mas o requisito deve ser considerado satis-fatório se a face a montante da placa de orifício for acabadapor um corte radial muito fino, do centro para fora. Entre-tanto, se houver qualquer dúvida sobre o atendimentodeste requisito, o raio da borda deve ser medido.

4.6.3.7 Diâmetro do orifício

4.6.3.7.1 O diâmetro do orifício d deve ser tomado comosendo a média da medição de pelo menos quatro diâmetrosdistribuídos em planos axiais, espaçados, aproximadamente,em ângulos iguais.

4.6.3.7.2 O orifício paralelo deve ser cilíndrico e perpendicu-lar à face a montante. Nenhum diâmetro deve diferir em maisque 0,05% do valor do diâmetro médio.

4.6.3.7.3 O diâmetro d deve estar entre 0,46D e 0,84D.

Nota: Dentro destes limites, o valor de β a ser usado é esco-lhido pelo usuário, levando-se em consideração algunsparâmetros, tais como: pressão diferencial requerida,incertezas, perda de carga residual aceitável e a pressãoestática disponível.

4.6.3.8 Placas simétricas

Se for a intenção usar a placa de orifício para a medição devazão nos dois sentidos, deve-se observar que:

a) a placa não pode ser chanfrada;

b) as duas faces devem ter a mesma especificação, for-necida em 4.6.3.2, para a face a montante;

c) a espessura E da placa deve ser igual a espessurae do orifício, como descrito em 4.6.3.4.1;

d) as duas bordas do orifício devem ser especificadascomo borda a montante, conforme 4.6.3.6.2.

4.6.3.9 Tomadas de pressão

As placas de orifício excêntrico devem ser usadas com umpar simples de tomadas de canto, conforme o especificadona NBR ISO 5167-1, exceto que o diâmetro a da tomadade pressão deve estar entre os limites de 3 mm < a < 10 mm.

Nota: Em uma placa de orifício excêntrico, o orifício não é con-cêntrico com a linha de centro do tubo e, conseqüentemen-te, a pressão diferencial depende da posição angular datomada de pressão.

4.6.3.9.1 Preferivelmente, as tomadas de pressão devem es-tar diametralmente opostas ao ponto onde o orifício é tan-gente à parede da tubulação.

4.6.3.9.2 Os valores do coeficiente de descarga desta Nor-ma são baseados na disposição descrita em 4.6.3.9.1, po-rém o deslocamento das tomadas em até 90°, em relação àposição ideal, deve provocar um erro menor que ± 2% no coe-ficiente de descarga.

Nota: Tendo em vista que o orifício pode ser usado tanto na par-te superior quanto na parte inferior da tubulação, a coloca-ção das tomadas de pressão, diametralmente opostas,pode causar problemas, como: o acúmulo de ar se as to-madas estiverem na parte superior, ou o entupimento porsujeira se as tomadas estiverem na parte inferior. Em taiscasos, é possível deslocar angularmente as tomadas em30°, em relação a vertical, sem risco de incorrer em qualquerincerteza adicional significativa sobre a medição da vazão.

4.6.4 Coeficientes e incertezas correspondentes

4.6.4.1 O coeficiente de descarga C é dado pela seguinteequação:

C = 0,9355 - 1,6889 β + 3,0428 β2 - 1,7989 β3

Por conveniência, a Tabela 5 fornece valores de C em fun-ção de β.

Tabela 5 - Coeficientes de descarga para placas de orifício excêntrico

β C β C β C

0,46 0,627 0,59 0,629 0,72 0,6250,47 0,627 0,60 0,629 0,73 0,6240,48 0,627 0,61 0,629 0,74 0,6230,49 0,627 0,62 0,629 0,75 0,6210,50 0,627 0,63 0,629 0,76 0,6200,51 0,627 0,64 0,629 0,77 0,6180,52 0,627 0,65 0,629 0,78 0,6160,53 0,627 0,66 0,629 0,79 0,6130,54 0,628 0,67 0,629 0,80 0,6110,55 0,628 0,68 0,628 0,81 0,6080,56 0,628 0,69 0,628 0,82 0,6050,57 0,628 0,70 0,627 0,83 0,6010,58 0,628 0,71 0,626 0,84 0,597

Notas: a)Quando β, D, ReD e k/D são supostos sem erro, a incerteza sobre o valor de C é 1%, quando β < 0,75.

b) Quando β > 0,75, a incerteza é 2%.

14 NBR 13225/1994

4.6.4.2 O coeficiente de descarga deve ser multiplicado pelofator de correção de rugosidade da tubulação apropriadoFE, dado na Tabela 6, em termos de β e da rugosidade relativado tubo k/D.

4.6.4.3 O valor da rugosidade equivalente uniforme k dependede vários fatores, tais como: altura, distribuição, angularidadee outros aspectos geométricos do elemento de rugosidadeda parede da tubulação. Um ensaio de perda de pres-são, em uma amostra de um determinado tubo, deve ser rea-lizado para determinar o valor satisfatoriamente. Entretan-to, valores aproximados de k, para diferentes materiais, po-dem ser obtidos na NBR ISO 5167-1.

4.6.4.4 O fator de expansão ε é dado pela equação abaixoe só é aplicável para p2/p1 > 0,75:

ε β ∆ = 1 - (0,41 + 0,35 )

p kp

4

1

Notas: a) Quando β, ∆p/p1 e k são supostos sem erro, a incerte-

za percentual do valor de “ε“ é igual a 4 ∆p/p1.

b)Os resultados de ensaios para a determinação de εsão conhecidos apenas para ar, vapor d’água e gás natural,

porém não se conhece objeções para a utilização damesma equação para outros gases e vapores, pa-ra os quais se conheça o expoente isoentrópico.

5 Inspeção

5.1 A placa de orifício deve ser necessariamente inspeciona-da antes de sua instalação. A inspeção deve ser realizada emLaboratório de Metrologia Dimensional, com instrumentos ras-treados a uma rede de calibração reconhecida. Os instrumen-tos utilizados na inspeção devem ter certificados de calibra-ção, dentro de seus respectivos prazos de validade.

5.2 Os parâmetros dimensionais a serem inspecionados sãoespecificados nesta Norma.

5.3 Deve ser também inspecionado o trecho reto a montantee a jusante, assim como as tomadas de pressão, dentro dascondições especificadas em 5.1 e 5.2.

6 Aceitação e rejeição

A placa de orifício, os trechos retos e as tomadas de pressãosão aceitos quando cumprem todas as exigências desta Nor-ma. Caso contrário, devem ser rejeitados.

Tabela 6 - Fator de correção para rugosidade FE para placas de orifício excêntrico

FE = 1,032 + 0,0178 (log10 k/D) + 0,0939 β2 + 0,0126 (β2log10 k/D)

β Fator de correção para rugosidade FE, para valores de rugosidade relativa 104 k/D de:

3 5 10 15 20 25

0,46 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,0000,50 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,0010,60 1,000 1,000 1,000 1,003 1,006 1,0080,70 1,000 1,000 1,006 1,010 1,013 1,0160,80 1,001 1,007 1,015 1,019 1,022 1,0250,84 1,004 1,010 1,018 1,023 1,026 1,029

Nota: O valor mínimo de FE é 1,000, quando o tubo é considerado liso.