Qual tipo de placa de orifício você deve escolher? Guia de seleção de tipos de medidores de vazão de placa de orifício

Os medidores de vazão com placa de orifício continuam sendo um dos dispositivos primários mais amplamente utilizados na medição de vazão industrial. Eles são simples, robustos, baratos, bem documentados em padrões internacionais e comprovados em líquidos, gases e vapor. Mas a “placa de orifício” não é um dispositivo único. O formato do furo, a borda de entrada e a função pretendida mudam o modo como uma placa se comporta em uma linha real, e escolher o estilo errado para um fluido sujo, viscoso ou bifásico é uma das causas mais comuns e mais evitáveis ​​de pressão diferencial instável e leituras de fluxo flutuantes.

Este guia explica como os principais tipos de placas de orifício diferem, onde cada uma é normalmente usada, como os engenheiros realmente selecionam entre elas e quais padrões e dados são necessários antes do dimensionamento. Se você ainda está decidindo entre tecnologias e não entre estilos de chapa, também ajuda começar de um ponto de vista mais amplovisão geral dos principais tipos de medidores de vazãoantes de restringir.

O que é um medidor de vazão de placa de orifício?

Um medidor de vazão de placa de orifício é um medidor de vazão de pressão diferencial (DP). Uma placa fina com um furo usinado com precisão é fixada entre os flanges do tubo. À medida que o fluido acelera através do furo menor, sua pressão estática cai. A diferença de pressão através da placa aumenta aproximadamente com o quadrado da vazão, portanto, medir essa diferença permite que o fluxo seja calculado. A relação entre pressão diferencial e vazão é um dos padrõesmétodos usados ​​para calcular o fluxo do pipeline.

O coeficiente de descarga que liga o DP ao fluxo depende do número de Reynolds, da relação beta (diâmetro do furo dividido pelo diâmetro interno do tubo) e do arranjo de tomada de pressão. Essa dependência é precisamente a razão pela qual existem vários estilos de placas diferentes em vez de uma placa universal.

Um ponto de medição de orifício completo geralmente inclui:

• O elemento primário (a placa de orifício) e flanges de orifício ou um medidor
• Tomadas de pressão a montante e a jusante
• A transmissor de pressão diferencialcomo o dispositivo secundário
• Compensação opcional de temperatura e pressão, importante para gás e vapor
• Um computador de vazão, indicador, PLC ou DCS para exibir e totalizar a vazão

Os pontos fortes são a simplicidade mecânica, a ausência de peças móveis, o baixo custo, uma ampla variedade de tamanhos de tubos e décadas de dados de desempenho padronizados. As principais compensações-são a perda de pressão permanente (não{2}}recuperável), uma redução modesta do fluxo e a sensibilidade à qualidade da instalação e à condição do fluido.

Como os tipos de placas de orifício são classificados?

Uma fonte frequente de confusão é tratar cada “tipo” como o mesmo tipo de escolha. Na prática, as placas de orifício são descritas ao longo de quatro dimensões independentes, e uma única placa pode assentar em todas as quatro ao mesmo tempo.

Por exemplo, uma placa-resistente ao desgaste ainda pode ter um furo concêntrico e uma aresta viva. "Resistente-ao desgaste" descreve a estratégia do material, não o formato do furo. Manter esses eixos separados torna todo o processo de seleção muito mais limpo.

Os principais tipos de medidores de vazão de placa de orifício

Placa de orifício concêntrica (padrão)

Um furo redondo centrado no tubo. Este é o padrão para serviços limpos e{1}}monofásicos e o projeto mais diretamente coberto pelos padrões internacionais. Em fluidos limpos, as verdadeiras questões de seleção são geralmente a relação beta e o turndown necessário, e não o formato do furo. Seu ponto fraco é o serviço sujo: sólidos, condensado ou bolhas de gás podem se acumular na placa e o desgaste da borda altera gradualmente o coeficiente, por isso é uma má primeira escolha para fluidos incrustantes ou abrasivos.

Placa de orifício excêntrico

Um furo redondo deslocado do centro. A abertura é colocada baixa para líquidos que transportam sólidos, para que as partículas passem, ou alta para linhas de gás e vapor que podem deixar cair condensado, para que o líquido seja drenado em vez de se acumular. Com uma placa excêntrica a orientaçãoéo design: instale o deslocamento no lado errado e o benefício de auto-drenagem ou auto{1}}ventilação será totalmente perdido. A direção do fluxo e a posição do furo devem ser marcadas claramente na aba da placa.

Placa de Orifício Segmental

A abertura tem o formato de um segmento circular que fica na parte inferior do furo, de modo que o lodo e os sólidos em suspensão passam sem construir uma barragem no fundo do tubo. É a escolha usual quando a deposição no fundo é o modo de falha contra o qual você está projetando, como lama, água suja e fluxos fibrosos ou{1}}carregados de sedimentos. Ela reduz o risco de entupimento em comparação com uma placa concêntrica, mas é mais específica-da aplicação e precisa de um dimensionamento cuidadoso.

Placa de orifício de borda quadrante

Uma entrada arredondada de um quarto{0}}de círculo em vez de uma borda quadrada afiada. O perfil arredondado mantém o coeficiente de descarga estável em números de Reynolds baixos, onde uma placa com arestas-aguçadas se torna imprevisível. Ele é adequado para líquidos limpos e viscosos, como óleos pesados, xaropes e produtos químicos viscosos, além de linhas-de baixa velocidade. Para uma viscosidade extrema que vai além da faixa confortável de uma placa de orifício, o deslocamento-positivomedidores de vazão de engrenagem ovalgeralmente são mais adequados do que qualquer dispositivo DP.

Placa de orifício de entrada cônica

Uma entrada cônica de 45-graus que amplia o desempenho utilizável para números de Reynolds ainda mais baixos do que uma borda de quadrante. Esta é uma escolha especializada para fluidos muito viscosos ou velocidades de fluxo muito baixas, onde o coeficiente de uma placa com arestas quadradas simplesmente não pode ser confiável. Não é a ferramenta certa para água limpa comum, gás ou vapor, onde uma placa mais simples é mais barata e igualmente precisa.

Placa de orifício de restrição

Um orifício de restrição não é um dispositivo de medição. Sua função é diminuir a pressão ou limitar o fluxo para proteção da bomba, controle de serviços públicos, serviço anti-surto ou redução de pressão em vários-estágios, e não para produzir um sinal DP calibrado. O cuidado crítico é a dissipação de energia: uma grande queda de pressão de estágio único-pode causar faíscas ou cavitar um líquido, ou sufocar um gás em velocidade sônica, produzindo ruído, vibração e erosão. Portanto, serviços de{6}}queda alta geralmente usam placas de restrição de vários-furos ou de{8}}estágios especificamente para manter cada estágio abaixo do limite de cavitação ou sufocamento. Não instrumente um orifício de restrição e leia seu DP como vazão, a menos que tenha sido projetado e calibrado para isso.

Placa de orifício anular (anel)

O fluxo passa através de uma abertura anular em torno de um disco central, em vez de através de um furo central. É um projeto menos comum e mais especializado, às vezes aplicado onde sólidos ou perfis de velocidade não{1} ideais perturbam uma placa convencional. Como ele está fora das geometrias mais padronizadas, trate-o como uma solução-específica do projeto, geralmente calibrada-pelo fabricante, em vez de um dispositivo de medição padrão.

Projetos-de placas de orifício resistentes ao desgaste

Esta é uma estratégia de materiais e construção, em vez de uma geometria de furo separada. Ligas endurecidas, bordas de carboneto de tungstênio ou placas mais espessas resistentes à erosão-são colocadas em camadas sobre uma placa concêntrica, excêntrica ou segmentada para sobreviver ao transporte de partículas-de gás carregado, lama abrasiva ou sólidos empoeirados. Ele adquire vida útil e estabilidade do coeficiente em condições erosivas a um custo inicial mais elevado e é desnecessário para serviços públicos limpos.

Tabela de comparação de tipos de placas de orifício

Guia de seleção rápida: qual tipo de placa de orifício se adapta ao seu fluido?

Como ponto de partida, sempre confirmado em relação ao dimensionamento total, a seleção geralmente flui da condição do fluido de volta ao estilo da placa.

A tabela é um ponto de partida, não uma resposta final. Para vapor limpo e gás seco, uma placa concêntrica é a escolha usual, com compensação adequada de temperatura e pressão, embora muitas fábricas a comparem com uma placa concêntrica.medidor de fluxo de vapor de vórticepara equilíbrio energético. Para ar e gás de processo onde o fluxo de massa é importante, ummedidor de fluxo de massa térmicoàs vezes é mais adequado do que um dispositivo DP.

Como escolher o tipo correto de medidor de vazão com placa de orifício

O estilo da placa é apenas parte da decisão. A sequência a seguir mantém a seleção repetível.

Na seleção de campo, a primeira questão raramente é o formato da placa. É importante saber se o fluido é limpo e monofásico-e se você está medindo ou controlando o fluxo. Obtenha essas duas respostas primeiro e a maior parte da escolha do prato cairá sozinha.

1. Comece com a condição do fluido

Se o fluido estiver limpo, monofásico-e estável, uma placa concêntrica será o padrão a ser avaliado. Se estiver sujo, contendo sólidos-ou formando condensação-, mude para excêntrico ou segmentado. Se for viscoso, passe para a borda do quadrante ou entrada cônica. Quase tudo a jusante depende de dar certo neste primeiro passo.

2. Contabilização de sólidos, bolhas de gás e condensado

A falha de campo clássica é uma placa concêntrica em um serviço onde o material se acumula na placa, causando entupimento, DP ruidoso e desvio. Para líquidos com sólidos, um furo excêntrico colocado em baixo, ou uma placa segmentada para cargas mais pesadas, mantém a linha varrida. Para vapor com arraste, posicione o furo de forma que o condensado seja drenado. Resumindo, combine o furo com o local onde a fase indesejada deseja ficar.

3. Considere a viscosidade e o número de Reynolds

Placas com arestas-aguçadas assumem fluxo turbulento. À medida que a viscosidade aumenta ou a velocidade diminui e o número de Reynolds diminui, a relação entre a pressão diferencial e o fluxo torna-se instável para uma aresta quadrada. Esse é o gatilho para considerar a borda do quadrante ou placas de entrada cônicas e definir a faixa operacional real de Reynolds. Porquea viscosidade do fluido afeta fortemente a medição do fluxo, a densidade, a viscosidade, a temperatura e a faixa de vazão devem ser fornecidas para que o coeficiente de descarga possa ser avaliado em condições reais, em vez de presumido.

4. Verifique a perda de pressão permitida

As placas de orifício criam perda permanente de pressão, que é sua principal desvantagem em relação a algumas outras tecnologias. Se o orçamento da cabeça da bomba, a energia do compressor ou uma linha de gravidade ou de baixa-pressão não puderem compensar essa perda, um dispositivo-de menor perda poderá vencer. Quantifique a queda de pressão permanente permitida antes de usar uma placa de orifício.

5. Confirme as condições de instalação

Mesmo uma placa perfeitamente usinada apresenta leitura errada se for mal instalada. Confirme se é adequadotrechos de tubos retos a montante e a jusantepara a relação beta escolhida e as conexões mais próximas, a orientação correta da placa e direção do fluxo, o tipo de derivação correto (flange, canto ou D e D/2), alinhamento adequado da gaxeta para que não se projete no furo, linhas de impulso limpas e corretamente inclinadas com recipientes de condensado ou dreno e pernas de ventilação para vapor e gás, e um transmissor ajustado para a pressão diferencial real.

6. Medição ou Restrição de Fluxo?

Decida a função explicitamente. Se estiver medindo, use um orifício de medição com instrumentação DP completa. Se você estiver controlando a pressão ou o fluxo, use um orifício de restrição dimensionado para a queda necessária e verifique se há cavitação, intermitência e obstrução. Não confunda os dois.

Dados necessários antes de dimensionar um medidor de vazão de placa de orifício

Seja qual for o estilo, o dimensionamento e a cotação do fornecedor precisam de um conjunto de dados consistente. Enviar essas informações antecipadamente evita re-cotações e dimensionamento-errado:

• Tipo e fase do fluido (líquido, gás, vapor, tendência multifásica)
• Densidade em condições operacionais
• Viscosidade à temperatura operacional
• Pressão operacional e de projeto
• Temperatura operacional e de projeto
• Faixa de fluxo mínimo, normal e máximo
• Material do tubo, programação e diâmetro interno
• Conteúdo de sólidos e tamanho aproximado de partícula
• Perda de pressão permanente permitida
• Precisão e abertura necessárias
• Orientação de instalação e execução direta disponível
• Se o objetivo é medição ou restrição de fluxo

Com eles, um engenheiro de instrumentos pode fixar a relação beta, o diâmetro do furo, o material da placa, o tipo de rosqueamento e o alcance do transmissor, e confirmar se uma placa de orifício é mesmo o melhor dispositivo primário. Se você quiser uma comparação mais ampla antes disso, consulte as orientações gerais emescolhendo um medidor de vazão adequado.

Padrões e referências de engenharia

Dois padrões internacionais ancoram a maioria dos projetos e usos de placas de orifício. Citá-los é a maneira mais simples de manter uma seleção defensável, em vez de meramente plausível.

• ISO 5167é uma série de seis-partes que cobre a geometria e as condições de instalação e operação de dispositivos-diferenciais de pressão.ISO 5167-2:2022aborda especificamente placas de orifício usadas com roscas de flange, canto ou D e D/2 para fluxo de tubo-monofásico, subsônico e completo-. Notavelmente, não abrange tubos com diâmetro interno inferior a 50 mm ou superior a 1000 mm, nem números de Reynolds inferiores a 5000, e não abrange vena contracta ou torneiras de tubos.
• ASME MFC-3M, Medição do fluxo de fluido em tubos usando orifício, bico e Venturi, fornece a geometria e o método de uso desses dispositivos primários em conduítes fechados funcionando totalmente.

Especificamente para medição de gás natural, o Relatório AGA nº. 3 (API 14.3) é a referência habitual. As folhas de dados de dimensionamento do fabricante e a folha de dados do processo do projeto completam o quadro. Se uma placa proposta estiver fora dos intervalos padronizados, como um diâmetro muito pequeno, um número de Reynolds muito baixo ou uma geometria exótica, trate-a como um dispositivo calibrado especial em vez de um dispositivo padrão não calibrado.

Instalação e Manutenção: Problemas Comuns de Campo

A confiabilidade-de longo prazo diz respeito principalmente ao sistema secundário e à borda da placa, não ao formato do furo. Os problemas de campo recorrentes são:

• Obstrução da linha de impulso e obstrução da torneira.A causa mais comum de pressão diferencial ruim. Mantenha as torneiras desobstruídas e as linhas de impulso-com autodrenagem.
• Desgaste e erosão-de arestas vivas.Uma borda arredondada ou cortada aumenta o coeficiente de descarga e distorce a leitura, portanto, inspecione a borda em condições abrasivas ou sujas.
• Gerenciamento de condensado no vapor.Use potes de condensado e a orientação correta da torneira para que o transmissor veja uma perna de líquido estável.
• Ruído-de duas fases.Gás preso em uma linha de líquido ou líquido em uma linha de gás altera a leitura; ventilação adequada e pernas de drenagem evitam isso.
• Desvio e alcance do transmissor.Verificações periódicas de zero e calibração mantêm a precisão dentro das especificações. O mesmo cuidado se aplica amanutenção de rotina do transmissor de pressão.

Defina o intervalo de inspeção pelo fluido. Placas utilitárias limpas podem funcionar em intervalos longos, enquanto serviços abrasivos ou incrustantes precisam de muito mais atenção.

Quando uma placa de orifício pode não ser a melhor escolha

Uma placa de orifício nem sempre é o dispositivo primário correto. Considere alternativas quando a perda de pressão deve ser mínima, o fluido é muito sujo ou abrasivo, a faixa de fluxo é muito ampla, as demandas de precisão são altas, o fluxo pulsa fortemente ou o acesso para instalação e manutenção é ruim. Alternativas comuns e onde se enquadram:

• Tubos Venturi e bicos de fluxoproporcionam perda de pressão permanente muito menor para grandes linhas e serviços sensíveis-à energia, ao mesmo tempo que são baseados em DP-e cobertos pelas mesmas famílias de padrões.
• Medidores de cunhasão robustos para fluxos de alta-viscosidade, sujeira e lama que punem bordas afiadas.
• Medidores de vazão eletromagnéticos (magnéticos)oferecem perda de pressão quase{0}}zero e funcionam bem em líquidos condutores, sujos ou corrosivos, mas não em gases ou fluidos não{1}}condutivos.
• Medidores de vazão ultrassônicos, seja de fixação-ou em linha, adiciona baixa perda e adequa-se a líquidos limpos a moderadamente sujos e tubos grandes.
• Medidores de fluxo de massa Coriolisfornecer fluxo de massa direto com alta precisão onde o custo for justificado.
• Os medidores Vortex são uma forte opção para vapor e gases ou líquidos limpos com perdas moderadas; isso ajuda a entendercomo funcionam os medidores de fluxo de vórticeantes de comparar.

Combine a tecnologia com a restrição dominante, seja perda de pressão, precisão, incrustação ou fase, em vez de hábito.

Erros comuns ao selecionar uma placa de orifício

Alguns erros são responsáveis ​​pelas instalações de orifícios mais decepcionantes:

• Tratar cada placa como intercambiável.Uma placa padrão que funciona em serviço limpo pode ter um desempenho ruim em condições sujas, viscosas ou abrasivas. O tipo de placa deve corresponder ao processo.
• Confundir um orifício de restrição com um medidor de vazão.Um orifício de restrição controla a pressão ou fluxo; não é um dispositivo de medição calibrado.
• Ignorando a perda permanente de pressão.As placas de orifício são econômicas, mas não apresentam baixas-perdas. Verifique a queda de pressão permanente durante o dimensionamento.
• Obtendo a orientação do furo errada.Para placas excêntricas e segmentares, a posição do furo faz parte do projeto e a instalação incorreta anula o tipo escolhido.
• Esquecendo o sistema secundário.A borda, as derivações, as linhas de impulso e o transmissor governam a confiabilidade, portanto a manutenção não pode ser uma reflexão tardia.

Perguntas frequentes

Quais são os principais tipos de placas de orifício?

Os principais tipos são projetos concêntricos, excêntricos, segmentados, de borda quadrante, de entrada cônica, de restrição, anulares e resistentes ao-desgaste. Eles diferem pela geometria do furo, design da borda de entrada, função ou estratégia de material, e é por isso que não são todos do mesmo tipo de escolha.

Qual é a diferença entre placas de orifício excêntricas e segmentares?

Uma placa excêntrica possui um furo redondo deslocado para um lado, geralmente para líquidos com sólidos leves ou para drenagem de condensado. Uma placa segmentada tem uma abertura-em formato de segmento situada na parte inferior do furo para sólidos mais pesados ​​e lama. Os projetos segmentais geralmente toleram mais sólidos do que os excêntricos.

Qual placa de orifício é usada para lama?

Uma placa de orifício segmentado é a escolha usual para lama, porque a abertura baixa permite a passagem de sólidos e reduz a deposição no fundo. Para lamas muito pesadas ou abrasivas, um medidor de cunha ou outra tecnologia pode ser mais confiável do que qualquer placa de orifício.

Uma placa de orifício é adequada para fluxo de vapor?

Sim, placas de orifício são comumente usadas para vapor. O serviço de vapor requer compensação adequada de pressão e temperatura, instalação correta e manuseio de condensado, normalmente com um recipiente de condensado e a orientação correta da torneira.

Qual é a diferença entre uma placa de orifício e um orifício de restrição?

Uma placa de orifício de medição gera um sinal de pressão diferencial usado para calcular a vazão. Um orifício de restrição é projetado para reduzir a pressão ou limitar o fluxo. Eles podem parecer semelhantes, mas sua finalidade de design e tamanho são diferentes.

Qual placa de orifício é melhor para fluidos viscosos?

As placas de borda quadrante são adequadas para líquidos limpos e viscosos com números de Reynolds baixos, e as placas de entrada cônicas estendem essa faixa para serviços ainda mais viscosos ou com velocidade-mais baixa. Para viscosidade extrema, os medidores de deslocamento-positivo geralmente superam qualquer placa de orifício.

Qual é a desvantagem de um medidor de vazão com placa de orifício?

A principal desvantagem é a perda de pressão permanente e não{0}}recuperável. As placas de orifício também têm uma redução de fluxo limitada e são sensíveis à qualidade da instalação, ao desgaste das bordas e à condição do fluido.

De quanto tubo reto uma placa de orifício precisa?

Depende da relação beta e dos acessórios a montante mais próximos, como curvas, válvulas e redutores. A ISO 5167 fornece os comprimentos retos necessários para cada caso, portanto, o valor exato deve vir do padrão e do layout da tubulação, em vez de uma única regra prática.

Que dados devo fornecer para o dimensionamento da placa de orifício?

Fornece tipo e fase de fluido, densidade, viscosidade, pressão e temperatura operacional e de projeto, fluxo mínimo, normal e máximo, material do tubo e diâmetro interno, conteúdo de sólidos, perda de pressão permitida, precisão necessária e orientação de instalação. Isso permite que o fornecedor determine o diâmetro interno, a relação beta, o material e o alcance do transmissor.

Como escolho o tipo correto de placa de orifício?

Comece com a condição do fluido e a função. Use uma placa concêntrica para fluidos limpos, excêntrica ou segmentada para fluidos com rolamentos sujos ou sólidos, borda quadrante ou entrada cônica para serviços viscosos ou com baixo número de Reynolds e um orifício de restrição quando o objetivo for redução de pressão ou limitação de fluxo em vez de medição.

Principais conclusões

O tipo correto de placa de orifício depende do fluido e da função, e não apenas do tamanho do tubo. Placas concêntricas lidam com líquidos, gases e vapor limpos. Placas excêntricas e segmentadas lidam com fluidos sujos, condensado e lama. Placas de entrada cônicas e de borda quadrante suportam serviços viscosos e com baixo número de Reynolds. Os orifícios de restrição pertencem ao controle de pressão e fluxo, não à medição.

Antes de confirmar, confirme o projeto de acordo com ISO 5167 e ASME MFC-3M, verifique a perda de pressão permanente permitida e verifique a instalação e o arranjo de derivação. Em seguida, envie o conjunto completo de dados do processo para que a placa possa ser dimensionada corretamente. Se o fluido for incrustante, abrasivo, viscoso ou a faixa de vazão for muito ampla, compare uma placa de orifício com tecnologias alternativas ou de menor perda antes de optar pela placa padrão mais barata.