MEDIÇÃO DE VAZÃO DE GN-MÓDULO 3 - parte 1

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MEDIÇÃO E QUALIDADE
MEDIÇÃO DE VAZÃO DE GÁS 
NATURAL
Eduardo Gertrudes
Engenheiro de Medição
Abril 2023
MEDIÇÃO E QUALIDADE
CONTEÚDO PROGRAMÁTICO 
Módulo III
MEDIÇÃO E QUALIDADE
CONTEÚDO PROGRAMÁTICO 
Módulo III
✓ Sistemas de Medição Placa de Orifício
• Princípio de medição, instrumentação 
associada/sistemas de split-range (dual range);
• Normas aplicáveis;
• Recomendações de projeto;
• Calibrações, inspeções dimensionais de placas e 
trecho;
• Configuração em computadores de vazão;
• Vantagens e desvantagens.
MEDIÇÃO E QUALIDADE
CONTEÚDO PROGRAMÁTICO 
Módulo III - Continuação
✓ Sistemas de Medição Tipo Turbina
• Princípio de medição e instrumentação associada;
• Normas aplicáveis;
• Recomendações de projeto;
• Calibração/Verificação;
• Configuração em computadores de vazão;
• Vantagens e desvantagens.
MEDIÇÃO E QUALIDADE
CONTEÚDO PROGRAMÁTICO 
Módulo III - Continuação
✓ Sistemas de medição Tipo Ultrassônico
• Princípio de medição;
• Normas aplicáveis;
• Recomendações de projeto;
• Calibração/Dry Calibration;
• Configuração em computadores de vazão;
• Vantagens e desvantagens.
✓ Sistemas auxiliares
✓ Incerteza de medição - Tópicos gerais
✓ Estimativa de incerteza de um sistema placa de orifício;
✓ Estimativa de incerteza de um sistema linear
(turbina/ultrassônico/rotativo).
MEDIÇÃO E QUALIDADE
Princípio de Medição
De todos os elementos primários inseridos em uma tubulação para gerar
uma pressão diferencial e assim efetuar medição de vazão, a placa de
orifício é a mais simples e de menor custo. Isso a torna a placa de orifício
bastante atrativa em projetos de medição de vazão de gás natural.
Consiste basicamente de uma chapa metálica, com orifício bem
calculado. É instalada perpendicularmente ao eixo da tubulação
entre flanges ou num porta-placas. Sua espessura varia em
função do diâmetro da tubulação e da pressão diferencial de
operação.
Sistemas de Medição Placa de Orifício
MEDIÇÃO E QUALIDADE
Princípio de Medição
Na aplicação para medição de gás natural, as placas de orifício são
costumeiramente são fabricadas com aço inoxidável.
Aplicações severas de corrosão ou de incompatibilidade com o fluído
medido, podem exigir materiais mais nobres como o Titânio, Monel,
Hastelloy, Níquel ou Teflon. A escolha do material depende da natureza e
das condições do fluido a se medir.
Sistemas de Medição Placa de Orifício
MEDIÇÃO E QUALIDADE
Princípio de Medição
➢ O diâmetro do orifício é calculado de modo a produzir em máxima vazão,
uma pressão diferencial adequada (dentro dos limites metrológicos,
normativos, condições/restrições de processo e da instrumentação).
➢ Como regra prática de projeto, a pressão diferencial de 60 kPa para a
vazão máxima pode ser adotada (AGA Report 3 permite até 250 kPa de
para pressão diferencial – RESPEITANDO A PRESSÃO ABSOLUTA).
➢ A perda de carga do sistema de medição SEMPRE deve se avaliada nas
instalações a jusante para que não impacte a operação.
➢ A N1882, estabelece um valor de 25 kPa (máxima) de diferencial de para
projetos com placa de orifício.
Sistemas de Medição Placa de Orifício
MEDIÇÃO E QUALIDADE
a) Orifício Concêntrico: Para líquidos, gases e vapor que não contenham sólidos em
suspensão – Apenas este modelo é permitido pela ANP nas medições de
transferência de custódia, de apropriação e medição fiscal.
b) Orifício excêntrico: Utilizada quando se tem fluido com partículas em suspensão, os
quais possam ser retidos e acumulados na base da placa, sendo o orifício posicionado na
parte de baixo do tubo.
c) Orifício segmental: Tem abertura para passagem de fluido disposta em forma de
segmento de círculo. É destinada para uso em fluidos laminados e com alta porcentagem
de sólidos em suspensão.
Sistemas de Medição Placa de Orifício
Princípio de Medição
MEDIÇÃO E QUALIDADE
Princípio de Medição
A placa de orifício deve instalada de forma que o canto-vivo, esteja
posicionado de frente para o escoamento. O parte onde os ângulos do
bisel se abrem, tem objetivo de permitir uma melhor recuperação de
pressão pós medição.
Sistemas de Medição Placa de Orifício
MEDIÇÃO E QUALIDADE
✓ Flange (1” montante, 1” jusante da
placa) – RECOMENDAÇÃO DE
PROJETO ANP;
✓ Canto (0, 0);
✓ Raio (1 D, ½ D);
✓ Tubo (2 ½ D, 8 D).
Sistemas de Medição Placa de Orifício
Instrumentos Associados ao sistema de medição placa de orifício.
MEDIÇÃO E QUALIDADE
PdYECq TPvdm = ,
2 2
4


A equação para a vazão MÁSSICA
Sistemas de Medição Placa de Orifício
MEDIÇÃO E QUALIDADE
PdYECq TPvdm = ,
2 2
4


A equação para a vazão de placa de orifício
41
1
−
=vE
kP
P
Y
abs

+−= )35,041,0(1 4
606,0=dC Para avaliações rápidas.
D
d
=
Sistemas de Medição Placa de Orifício
Igual a 1 Para avaliações rápidas.
MEDIÇÃO E QUALIDADE
A equação de RG (Reader-Harris/Gallagher) usa o número
de Reynolds como o parâmetro de correlação para
representar a mudança do coeficiente de descarga, Cd,
com relação a vazão de massa fluida (sua velocidade
através do orifício), a densidade do fluido e a viscosidade.
Coeficiente de descarga (Cd)
𝐶𝑑 = 𝑓(𝑇𝑃, 𝑅𝑒, 𝑏𝑒𝑡𝑎)
Tipo de tomada de 
pressão
Numero de Reynolds
Relação de diâmetro 
placa/tubo
Sistemas de Medição Placa de Orifício
MEDIÇÃO E QUALIDADE
Equação para o coeficiente de descarga empírico para 
flange taps - Reader-Harris/Gallagher (RG)
DnstrmUpstrmTapTerm
MCTC
TapTermCTCFTC
CA
R
FTCFTC
i
ii
eD
id
+=
−+−+=
+=
++




 
+=
1
82
4
7,0
6
)1(003,02290,00291,05961,0)(
)()(
)0049,00210,0(
10
000511,0)()(



Sistemas de Medição Placa de Orifício
MEDIÇÃO E QUALIDADE
 
BAeeUpstrm
AMMDnstrm
LL
−−+=
−−−=
−−
)23,01(]1145,00712,00433,0[
)14,01(52,00116,0
11 0,65,8
1,13,1
22 






−= 0082max
4
1 ,;
N
D
,M
Equação para o coeficiente de descarga empírico para 
flange taps - Reader-Harris/Gallagher (RG)
4
4
1 

−
=B
Sistemas de Medição Placa de Orifício
MEDIÇÃO E QUALIDADE
Equação para o coeficiente de descarga empírico para 
flange taps - Reader-Harris/Gallagher (RG)
35,0
610






=
eDR
C
8,0
19000






=
eDR
A

D
N
LL
L
M
4
21
2
2
1
2
==
−
=

N4 = 25,4 para D em mm.
Limitações para esta equação: 
ReD > 4000 ; 
0,1 <  < 0,75; 
d > 11,4mm (0,45 inch); D > 50 mm (2 inches).
Sistemas de Medição Placa de Orifício
MEDIÇÃO E QUALIDADE
))(1( 1 rfr TTdd −+= 
O diâmetro do furo da placa (d) é o diâmetro nas
condições de escoamento, calculado da seguinte forma:
Diâmetro do furo da placa (d)
))(1( 2 rfr TTDD −+= 
O diâmetro interno do tubo de medição (D) é diâmetro nas
condições de escoamento, calculado da seguinte forma:
Diâmetro interno do tubo de medição (D)
Sistemas de Medição Placa de Orifício
MEDIÇÃO E QUALIDADE
Coeficientes de dilatação térmica de materiais – Tabela AGA
Sistemas de Medição Placa de Orifício
MEDIÇÃO E QUALIDADE
O fator de velocidade de aproximação é uma expressão
matemática que determina a relação entre a velocidade de
escoamento do fluido na seção a montante próximo da
placa de orifício para a velocidade no furo da placa de
orifício.
𝐸𝑣 =
1
1 − 𝛽4
Fator de velocidade de aproximação (Ev)
Sistemas de Medição Placa de Orifício
𝑂𝑛𝑑𝑒:
𝛽 =
𝑑
𝐷
=
Diâmetro do orifício da placa
Diâmetro do trecho reto
MEDIÇÃO E QUALIDADE
O fator de expansão Y foi definido como:
Fator de Expansão Y para FLANGE TAPS
._
._
incompd
compd
C
C
Y =
Buckingham deduziu equações empíricas para o fator de
expansão para sistemas de medição com placa de orifício para
vários tipo de tomadas baseada na seguinte correlação:
P
P
x

=
( )xkfY ,,=
Onde:
Sistemas de Medição Placa de Orifício
= Pressão Diferencial na placa.
= Pressão Estática ABSOLUTA.
MEDIÇÃO E QUALIDADE
Para dedução das equações foi admitido que o escoamento ocorre
adiabaticamente e de forma reversível (escoamento isentrópico):
Fator de Expansão Y – Expoente Isentrópico(k)
V
P
C
C
k =
cte
P
k
TP
f
=
][ ,
Sistemas de Medição Placa de Orifício
= Capacidade calorífica a pressão constante.
= Capacidade calorífica a volume constante.
O termo adiabático se refere a não existência de troca
de calor entre o gás e o meio ambiente, sendo
necessário isolar termicamente o sistema de medição
em caso de grandes diferenças de temperatura
GN/Ambiente (crítico em projetos com escoamento de
baixas velocidades).
Regra prática para o Fator Isentrópico k – Considerar igual a 1,3.
MEDIÇÃO E QUALIDADE
k
x
Y 14
1 )35,041,0(1 +−= 
1
1
fP
P
x

=
PP
P
x
f +

=
2
1
Fator de Expansão (Y)
Para pressão estática medida a montante.
Para pressão estática medida a jusante.
= Expoente Isentrópico
Sistemas de Medição Placa de Orifício
Regra prática para o Fator Isentrópico k – Considerar igual a 1,3.
MEDIÇÃO E QUALIDADE
O fator de expansão é válido se o seguinte critério for
obedecido:
Fator de Expansão (Y) - Validade
20,00
1



fP
P
0,18,0
2
1

f
f
P
P
ou
Sistemas de Medição Placa de Orifício
Isso quer dizer que a pressão diferencial máxima de
sistema de medição placa de orifício é limitada por 1/5 da
pressão absoluta de operação!
No caso de computadores de vazão AGA Report n° 03,
versão 2016, essa relação poder ser usada como ¼
pressão absoluta de operação!
MEDIÇÃO E QUALIDADE
A massa específica pode ser obtida de dois modos
diferentes:
Propriedades do fluido – Massa específica
1) Usando equações de estado através de composição
determinada por cromatógrafos/análise:
2) Densímetros on-line (API Chapter 14.6)
ZTR
MP


=
Sistemas de Medição Placa de Orifício
MEDIÇÃO E QUALIDADE
Parâmetros no computador de vazão – METER VALUES-FLOBOSS
Sistemas de Medição Placa de Orifício
MEDIÇÃO E QUALIDADE
O sistema de medição que opera por medidor placa de
orifício pode ser composto de:
✓ Placa de orifício;
✓ Trecho reto e seus acessórios;
✓ Sensor/transmissor de pressão estática;
✓ Sensor/transmissor de pressão diferencial (no mínimo
um);
✓ Sensor/transmissor de temperatura;
✓ Computador de vazão;
✓ Cromatógrafo (Uso regulatório via resolução n° 16/2008,
caso haja vantagem econômica ou exigência
contratual).
Sistemas de Medição Placa de Orifício
Instrumentos Associados ao sistema de medição placa de 
orifício.
MEDIÇÃO E QUALIDADE
Poço de temperatura e TE 
(Pt100)
Entrada
TT
FT
Cromatógrafo
Computador de Vazão
Trecho reto de medição Montante
Placa de Orifício
Tomadas de Pressão
Trecho reto de medição Jusante
Condicionador/retificador de escoamento
Saída
Elementos terciários
Elementos secundários
Elementos primários
DVS/MVS
Sistemas de Medição Placa de Orifício
Instrumentos Associados ao sistema de medição placa de orifício.
MEDIÇÃO E QUALIDADE
Sistemas de Medição Placa de Orifício
ACIDENTE A 
MONTANTE 
DO SISTEMA 
DE 
MEDIÇÃO.
Instrumentos Associados ao sistema de medição placa de orifício.
MEDIÇÃO E QUALIDADE
Sistemas de Medição Placa de Orifício
Instrumentos Associados ao sistema de medição placa de orifício.
MEDIÇÃO E QUALIDADE
Sistemas de Medição Placa de Orifício
Instrumentos Associados ao sistema de medição placa de orifício.
MEDIÇÃO E QUALIDADE
Computador de vazão - Dispositivo eletrônico, capaz de receber sinal
de um medidor de vazão e demais dispositivos associados, de uma
medição efetuada em determinadas condições de escoamento, e efetuar
os cálculos necessários para que este valor de vazão seja convertido à
condição padrão de medição.
Sistemas de Medição Placa de Orifício
Instrumentos Associados ao sistema de medição placa de orifício.
MEDIÇÃO E QUALIDADE
➢ Transmissor de pressão
Sistemas de Medição Placa de Orifício
Instrumentos Associados ao sistema de medição placa de orifício.
MEDIÇÃO E QUALIDADE
➢ Transmissor de pressão
Sistemas de Medição Placa de Orifício
Instrumentos Associados ao sistema de medição placa de orifício.
MEDIÇÃO E QUALIDADE
➢ Transmissores multivariáveis
Sistemas de Medição Placa de Orifício
Instrumentos Associados ao sistema de medição placa de orifício.
MEDIÇÃO E QUALIDADE
Sistemas de Medição Placa de Orifício
Instrumentos Associados – DUAL RANGE/SPLIT RANGE.
Split Range/Dual 
Range
MEDIÇÃO E QUALIDADE
Configuração do Computador de vazão – 2 DPs
Sistemas de Medição Placa de Orifício
MEDIÇÃO E QUALIDADE
Sistemas de Medição Placa de Orifício
Instrumentos Associados – 3 SPLIT RANGE – CV UNIFLOW200 .
Split Range
MEDIÇÃO E QUALIDADE
✓ As termorresistências, bulbos de resistência, termômetros de
resistência ou RTD, são sensores que se baseiam no princípio da
variação da resistência ôhmica em função da temperatura.
Sistemas de Medição Placa de Orifício
Instrumentos Associados ao sistema de medição placa de orifício.
➢ Termo resistências
MEDIÇÃO E QUALIDADE
Instrumentos Associados ao sistema de medição placa de orifício.
Sistemas de Medição Placa de Orifício
➢ Termo resistências
MEDIÇÃO E QUALIDADE
✓ Seu elemento sensor consiste de uma resistência em forma
de fio de platina de alta pureza encapsulado num bulbo de
cerâmica ou vidro.
Sistemas de Medição Placa de Orifício
Instrumentos Associados ao sistema de medição placa de orifício.
➢ Termo resistências
MEDIÇÃO E QUALIDADE
Ligação de entradas analógicas
Sistemas de Medição Placa de Orifício
MEDIÇÃO E QUALIDADE
Esquema de Ligação - Floboss 103/104
Pt100 (máx 3 fio)
Sistemas de Medição Placa de Orifício
MEDIÇÃO E QUALIDADE
Esquema de Ligação - Floboss 503/504
Sistemas de Medição Placa de Orifício
MEDIÇÃO E QUALIDADE
Esquema de Ligação - Floboss 107/MVS
Sistemas de Medição Placa de Orifício
MEDIÇÃO E QUALIDADE
Um dos mais importantes e mais difíceis aspectos da
medição de vazão é verificar a condição de escoamento;
Uma boa condição de escoamento é ter o perfil de
velocidade plenamente desenvolvido sem assimetrias e
livre de swirl.
Sistemas de Medição Placa de Orifício
Tubos de medição (Trecho reto de Medição)
MEDIÇÃO E QUALIDADE
Swirl, assimetria (ou outros distúrbios no perfil de
velocidade) faz com que o sistema de medição registre ou
indique um valor diferente do valor esperado;
Distúrbios no perfil de velocidade podem ser causados por:
trecho retos insuficientes, rugosidade excessiva, válvulas,
joelhos, etc.
Sistemas de Medição Placa de Orifício
Tubos de medição (Trecho reto de Medição)
MEDIÇÃO E QUALIDADE
Tubo de medição – seção reta de tubo a montante e a jusante da placa de
orifício (sem mudança de diâmetro), incluindo todos os elementos que
são integrais ao flange/porta placa, retificador de escoamento e poço de
temperatura.
Sistemas de Medição Placa de Orifício
Tubos de medição (Trecho reto de Medição)
MEDIÇÃO E QUALIDADE
UL = seção total a 
montante da placa de 
orifício
UL1 = seção montante da placa de orifício –
(Entrada do trecho de medição e a face de 
saída do retificador de escoamento
UL2 = seção montante da placa de orifício –
(Entrada face de saída do retificador de 
fluxo até a face da placa de orifício.
DL = seção jusante da 
placa de orifício.
Sistemas de Medição Placa de Orifício
Trecho reto de Medição 
Acidente montante
MEDIÇÃO E QUALIDADE
O projeto do sistema de
medição por placa de orifício,
depende dos acidentes a
montante do sistema.
A escolha inadequada pode
inviabilizar o sistema de
medição de forma irreversível,
ao uso pretendido.
Porta-placa
Entre flanges
Sistemas de Medição Placa de Orifício
Trecho reto de Medição 
MEDIÇÃO E QUALIDADE
No Brasil, a maioria dos sistemas de medição fiscal e de transferência
custódia, são placa de orifício, devido a facilidade de “calibração”, que
pode ser feita in loco, sem necessidade de envio para laboratório COM
ACREDITAÇÃO NBR ISO 17025.
“Calibração” neste caso, é realizada através de inspeção dimensional de acordo com as
referencias da norma de construção (AGA REPORT N° 03 OU ISO 5167).
Sistemas de Medição Placa de Orifício
Trecho reto de Medição
MEDIÇÃO EQUALIDADE
Sistemas de Medição Placa de Orifício
Tubos de medição (Trecho reto de Medição)
MEDIÇÃO E QUALIDADE
Retificadores de Fluxo
Sistemas de Medição Placa de Orifício
Trecho reto de Medição - AGA Report n° 03
MEDIÇÃO E QUALIDADE
Para garantir a incerteza estimada pela AGA Report n° 03, certas
condições de escoamento precisam ser respeitadas:
1. Fluido deverá ser limpo, monofásico, homogêneo e Newtoniano;
2. Não deverá sofrer mudança de fase quando passa através do furo
da placa;
3. O escoamento deverá ser subsônico (Mach < 0,25) através do furo
da placa de orifício e do tubo de medição. Isso garante que o
escoamento seja incompressível.
4. O número de Reynolds deverá está dentro das limitações dos
coeficientes de descarga (acima de 4.000);
5. Nenhum by pass deve ser utilizado no momento da medição.
Sistemas de Medição Placa de Orifício
Trecho reto de Medição
MEDIÇÃO E QUALIDADE
Neste curso abordaremos dimensionamento de sistema de placa, via AGA
Report n° 03, entretanto, o procedimento é o mesmo para outras normas
como a ISO 5167.
A AGA Report 3 possui 3 tabelas para dimensionar o comprimento dos
trechos a montante e jusante, bem como o beta máximo do sistema de
medição:
• Trecho reto montante sem retificador de escoamento (NÃO
RECOMENDADA);
• Trecho reto montante com retificador de escoamento e
comprimento entre 17 e 29 diâmetros – RECOMEDADO APENAS
EM PROJETOS QUE REALMENTE NÃO POSSUAM ESPAÇO;
• Trecho reto montante com retificador de escoamento e
comprimento maior 29 diâmetros – RECOMENDADA.
Trecho Reto – PROJETO
Sistemas de Medição Placa de Orifício
MEDIÇÃO E QUALIDADE
Tabela de projeto de trecho reto – AGA 3 – Sistemas sem retificador de fluxo 
Sistemas de Medição Placa de Orifício
MEDIÇÃO E QUALIDADE
Tabela de projeto de trecho reto – AGA 3 - com retificador de fluxo - UL 
entre 17 e 29 diâmetros 
Sistemas de Medição Placa de Orifício
MEDIÇÃO E QUALIDADE
Tabela de projeto de trecho reto – AGA 3 - com retificador de fluxo - UL 
maior que 29 diâmetros 
Sistemas de Medição Placa de Orifício
MEDIÇÃO E QUALIDADE
O acidente a montante (ou o conjunto deles), são quaisquer secção de
tubulação que cause mudança/pertubação no perfil de velocidade
escoamento, podendo ser:
• Curvas, headers, vasos, tês, redução/expansão, vasos, poços de
temperatura, sondas de amostragem, válvulas, equipamentos rotativos,
ou quaisquer combinações entre eles e etc;
• A válvula de bloqueio, mesmo do tipo esfera, COMO PRÁTICA
CONSERVADORA deve ser considerada um acidente, pois, a
medição de vazão no nível de medição fiscal e transferência de
custódia é baseada em confiabilidade e garantia.
• Em um caso de diferença de medição, pode-se indagar sobre a
garantia da completa abertura da válvula (algo que não se pode
garantir);
• Portanto, deve se projetar sempre considerando a pior condição das
tabelas 2-8a e 2-8b, que é o acidente “ANY FITTING”.
Placa de Orifício – Trecho Reto – PROJETO
Sistemas de Medição Placa de Orifício
MEDIÇÃO E QUALIDADE
Limitações da AGA
Reynolds > 4000
Beta maior ou igual a 0,1;
Diâmetro do orifício mínimo 11,43 mm;
Diâmetro do tubo mínimo > 50 mm (2 polegadas);
Relação de pressão absoluta/pressão diferencial 
maior que 5.
Placa de Orifício – Trecho Reto – PROJETO
Sistemas de Medição Placa de Orifício
MEDIÇÃO E QUALIDADE
Procedimento de dimensionamento
Informações necessárias mínimas > método simples e com erro 
dentro de 5% sem necessidade de compra de software (Método 
limitado a 1250 a 5000 kPa)
• Vazão que o sistema irá medir (km³/d);
• Pressão estática (Entrada em kPa)
• Massa especifica na condição de base = Rhô_b (usar unidade 
no SI - kg/m³).
Placa de Orifício – Trecho Reto – PROJETO
Sistemas de Medição Placa de Orifício
Preencher no Excel da seguinte forma (campos em azul):
Vazão de base que se deseja a medir (km³/d)
Vazão de base que se deseja a medir no SI (m³/s) 0.0
Pressão de Operação (kPa)
Pressão de Operação no SI (Pa) 0
Massa Específica de Base (kg/m³)
Entradas em azul
MEDIÇÃO E QUALIDADE
Procedimento de dimensionamento
1. Encontrar diâmetro ótimo para velocidade máxima de 15 m/s 
(fonte GALLAHGHER)
• V = (4 x Qb x Patm) / ((Pop+Patm) x Pi x D^2);
• Chutar diâmetro igual a 4 polegadas, se abaixo de 15 m/s 
(Fonte: livro Gallagher), aceitar diâmetro;
• Se não, aumentar diâmetro até v < 15 m/s;
Preencher no Excel da seguinte forma (campos em azul):
Placa de Orifício – Trecho Reto – PROJETO
Sistemas de Medição Placa de Orifício
Diametro do tubo escolhido (pol) - Tabela 2-3 AGA
Diametro do tubo escolhido no SI (m) 0.0000
Velocidade calculada (m/s) -
Diâmetro do Tubo para velocidade ótima
MEDIÇÃO E QUALIDADE
Procedimento de dimensionamento - Considerações 
2. Pressão diferencial na placa -> Se a vazão desejada de cálculo for a máxima, 
considerar 60 kPa, se for a vazão é media considerar 15 kPa.
• Chutar beta inicial = 0,46
• Cd = 0,60
• Y = 1,00
• Calcular fator de velocidade de aproximação - Ev = 1/(raiz(1-beta^4))
• Calcular massa específica de operação - Rhô_op = Rhô_b x 
((Pop+Patm)/Patm)
Preencher no Excel da seguinte forma (campos em azul):
Placa de Orifício – Trecho Reto – PROJETO
Sistemas de Medição Placa de Orifício
Pressão Diferencial (kPa)
Pressão Diferencial no SI (Pa) 0
Diâmetro do furo (mm)
Diâmetro do furo SI (mm) 0.00
Beta -
Cd - Coeficiciente de Descarga (admensional) 0.6
Ev = Fator de velocidade de aproximação (adimensional) -
Y = Fator de Expansão (adimensional) 1.000
Estimativa de Massa Específica de Operação (kg/m³) -
Vazão de base no SI (m³/s) -
Vazão de base (km³/d) -
Considerações
MEDIÇÃO E QUALIDADE
Procedimento de dimensionamento – Atingir meta no Excel
Placa de Orifício – Trecho Reto – PROJETO
Sistemas de Medição Placa de Orifício
MEDIÇÃO E QUALIDADE
2. Determinação do comprimento do tubo
• Escolher Acidente a montante = considerar Any Fitting para posicionamento do
retificador (NUNCA PROJETAR SEM CONSIDERAR RETIFICADOR DE
ESCOAMENTO);
• Estimar comprimentos montante e jusante na tabela desejada da AGA 3.
3. Caso de expansão futura de vazão
• Encontrar vazão máxima possível com beta = 0,67 - Se houver espaço para
trechos montante (UL) de 30 Diâmetros Publicados (AGA tabela 2-3). Usar 0,67
no posicionamento do retificador de escoamento;
• Projetar vazão máxima possível com beta = 0,46 - Se houver espaço apenas
para trechos (UL) de 17 Diâmetros Publicados (AGA tabela 2-3). Usar 0,46 no
posicionamento do retificador de escoamento;
• Considerar 4,5 Diâmetros Publicados (AGA tabela 2-3). para o comprimento a
jusante.
Placa de Orifício – Trecho Reto – PROJETO
Sistemas de Medição Placa de Orifício
MEDIÇÃO E QUALIDADE
EXERCÍCIO
Dimensionar sistema de medição para realizar
a medição de vazão de gás natural de até 300
km³/d. A pressão de operação é de 4000 kPa
e a massa específica do gás é 0,76 kg/m³.
Placa de Orifício – Trecho Reto – PROJETO
Sistemas de Medição Placa de Orifício
MEDIÇÃO E QUALIDADE
Recomendações de Projeto – Secundários – ASME MFC 8M
Sistemas de Medição Placa de Orifício
MEDIÇÃO E QUALIDADE
➢ Duas estações em série apresentavam diferença de
medição de 1,5 a 2,0 % durante vários anos;
Caso Real – Líquidos em sistemas de medição de gás 
➢ Em uma inspeção, foi verificado que havia muito óleo
entre as duas estações.
➢ A estação a jusante de um sistema de compressão
media para menos (em relação a montante);
Sistemas de Medição Placa de Orifício
MEDIÇÃO E QUALIDADE
As placa de orifícios medem em torno de 1 a 3 % para
menos, quando estão presentes camadas de óleo/resíduos
ou sólidos impregnados nos tubos de medição.
Caso Real – Líquidos em sistemas de medição de gás 
Sistemas de Medição Placa de Orifício
MEDIÇÃO E QUALIDADE
Após a limpeza, a diferença de medição caiu para 0,2 %.
Caso Real – Líquidos em sistemas de medição de gás 
Sistemas de Medição Placa de Orifício
MEDIÇÃO E QUALIDADE
ANP - Normas Aplicáveis (ISO) – Cálculo de vazão
• ISO5167-1/03. Measurement of fluid flow by means of
pressure differential devices inserted in circular cross-
section conduits running full -- Part 1: General principles
and requirements.
• ISO 5167-2/03. Measurement of fluid flow by means of
pressure differential devices inserted in circular cross-
section conduits running full -- Part 2: Orifice plates.
• ISO 5168/05. Measurement of fluid flow -- Procedures
for the evaluation of uncertainties.
Sistemas de Medição Placa de Orifício
MEDIÇÃO E QUALIDADE
• ISO 12213-1/06. Natural gas - Calculation of compression
factor - Part 1: Introduction and guidelines. ISO 12213-2/06.
Natural gas - Calculation of compression factor - Part 2:
Calculation using molar-composition analysis.
• ISO 12213-3/06. Natural gas - Calculation of compression
factor - Part 3: Calculation using physical properties.
ANP - Normas Aplicáveis (ISO) – Fator de compressibilidade
ANP - Normas Aplicáveis (ISO) – Cálculo de Energia
• ISO 6976/95. Natural gas - Calculation of calorific values,
density, relative density and Wobbe index from composition.
Sistemas de Medição Placa de Orifício
MEDIÇÃO E QUALIDADE
API/MPMS 14.3-1/93. Concentric, Square-Edged Orifice Meters
(A.G.A. Report nº 3) – RECOMENDAÇÃO DE PROJETO;
API/MPMS 14.3-2/00. Specification and Installation
Requirements - RECOMENDAÇÃO DE PROJETO;
API/MPMS 14.3-3/92. Natural Gas Fluids Measurement:
Concentric, Square-Edged Orifice Meters - Part 3: Natural Gas
Applications.
ANP - Normas Aplicáveis (API) – Cálculo de vazão
ANP - Normas Aplicáveis (API) – Fator de compressibilidade e 
energia
API/MPMS Chapter 14.2/92, Compressibility Factors of
Natural Gas and Other Related Hydrocarbon Gases (A.G.A.
Report nº 8).
Sistemas de Medição Placa de Orifício
MEDIÇÃO E QUALIDADE
O RTM no item - 5.1. Sistema de Gestão da Medição 
estabelece que:
Item 5.1.1 - Os sistemas de medição aos quais este
Regulamento se aplica e equipamentos de processo que
tenham alguma influência na qualidade da medição devem
ser projetados, instalados, operados, testados e mantidos
em condições adequadas de funcionamento para efetuar a
medição, dentro das condições de utilização, atendendo às
exigências técnicas e metrológicas pertinentes, em todas
as aplicações cobertas por este Regulamento.
Ou seja, o RTM também demanda GARANTIA 
DA QUALIDADE METROLÓGICA!
Sistemas de Medição Placa de Orifício
MEDIÇÃO E QUALIDADE
C
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Sistemas de Medição Placa de Orifício
MEDIÇÃO E QUALIDADE
Calibrações Inspeção de Sistemas de Medição de Vazão 
de Gás Natural
As principais operações (periódicas) para garantir a
confiabilidade de um sistema de medição de vazão de GN
são:
➢ Calibração de malhas de pressão e temperatura;
➢ Inspeção dimensional das placas de orifícios;
➢ Inspeção dimensional dos tubos de medição;
➢ Avaliação do computador de vazão;
➢ Estimativa de Incerteza de medição do sistema.
➢ Calibração de analisadores de linha;
Sistemas de Medição Placa de Orifício
MEDIÇÃO E QUALIDADE
A instrumentação associada ao sistema de medição de vazão de
gás natural (instrumentos medidores de pressão e temperatura)
devem ser calibrados com periodicidade de:
Se as exatidões de medição estiverem fora dos limites, os instrumentos devem 
ser regulados ou ajustados.
Calibração e Inspeção – ANP
Sistemas de Medição Placa de Orifício
MEDIÇÃO E QUALIDADE
Calibração de Malhas de Pressão
Sistemas de Medição Placa de Orifício
MEDIÇÃO E QUALIDADE
Sistemas de Medição Placa de Orifício
Calibração de Malhas de Pressão
MEDIÇÃO E QUALIDADE
✓ Consiste em realizar a calibração do sensor de temperatura (Pt
100), realizando a leitura do sensor. Depois realizar a calibração do
transmissor de temperatura e realizando a leitura diretamente no
totalizador.
Sistemas de Medição Placa de Orifício
Calibração de Malhas de Temperatura – Transmissor em Malha 
Aberta
MEDIÇÃO E QUALIDADE
Calibração de Malhas de Sensor de Temperatura – Malha 
aberta aberta
Sistemas de Medição Placa de Orifício
MEDIÇÃO E QUALIDADE
Ensaio Resistência de Isolação Elétrica
➢ Quando o elemento sensor for formado em seu
revestimento, a resistência de isolação elétrica entre
cada terminal e o revestimento de ser medida com uma
tensão de teste entre 10 Vcc e 100 Vcc.
➢ Em todos os casos, a resistência a isolação elétrica não
deve ser inferior a 100M .
NBR 13773 – Termorresistência industrial de platina 
Requisitos e métodos de ensaio
Sistemas de Medição Placa de Orifício
MEDIÇÃO E QUALIDADE
Sistemas de Medição Placa de Orifício
Ensaio Resistência de Isolação Elétrica 
NBR 13773 – Termorresistência industrial de platina 
Requisitos e métodos de ensaio
MEDIÇÃO E QUALIDADE
Periodicidades de Inspeção dos Sistemas de medição
Sistemas de Medição Placa de Orifício
Para inspeções dimensionais de trechos de placas de orifício e placas de orifício, 
a periodicidade será sempre 3 anos para o tubo de medição e 1 ano para a placa 
de orifício, INDEPENDENTE DO TIPO DE MEDIÇÃO ANP 
MEDIÇÃO E QUALIDADE
As placas de orifício utilizadas na medição de vazão de gás natural devem
ser inspecionadas anualmente para verificar se estão dentro das tolerâncias
dimensionais, conforme normas aplicáveis. Periodicidade válida para todos
os tipos de medição ANP.
Sistemas de Medição Placa de Orifício
Inspeção dimensional da placa de orifício
MEDIÇÃO E QUALIDADE
Antes da realização da inspeção dimensional, deve se realizar
uma avaliação na integridade do canto vivo. Danos no canto
vivo, que reflitam luz, reprovam automaticamente a placa de
orifício, devendo esta ser segregada para reparo.
Sistemas de Medição Placa de Orifício
Inspeção dimensional da placa de orifício
MEDIÇÃO E QUALIDADE
Sistemas de Medição Placa de Orifício
Inspeção dimensional da placa de orifício
MEDIÇÃO E QUALIDADE
1) Faces da placa (Planicidade, Rugosidade);
2) Bordas do orifício da placa;
3) Diâmetro do orifício da placa;
4) Espessura do orifício da placa (e);
5) Espessura da placa (E);
6) Chanfro da placa.
Sistemas de Medição Placa de Orifício
Inspeção dimensional da placa de orifício
MEDIÇÃO E QUALIDADE
Diâmetro do furo
➢ O diâmetro Medido (dm) é a média aritmética de 4 ou mais
diâmetros igualmente espaçados;
➢ Nenhum dos 4 ou mais diâmetros medidos pode variar além
do valor médio por mais do que as tolerâncias dadas na
tabela 2-1;
➢ A temperatura deverá ser registrada quando as medidas do
furo estiverem sendo realizadas;
➢ A temperatura deverá ser constante dentro do limite 0,5 °C.
Sistemas de Medição Placa de Orifício
Inspeção dimensional da placa de orifício
MEDIÇÃO E QUALIDADE
Tolerância de Circularidade
Sistemas de Medição Placa de Orifício
Inspeção dimensional da placa de orifício
MEDIÇÃO E QUALIDADE
Medição de diâmetro do furo da placa
Sistemas de Medição Placa de Orifício
Inspeção dimensional da placa de orifício
MEDIÇÃO E QUALIDADE
Diâmetro (dr) do furo – é diâmetro de referência calculado na
temperatura de referência Tr.
dr = dm[1 + ( Tr – Tm)]
 – Coeficiente linear de dilatação térmica para o material da placa;
dr – Diâmetro do furo da placa na temperatura de referência Tr;
dm – Diâmetro do furo da placa na temperatura Tm;
Tm – Temperatura da placa em vários diâmetros medidos;
Tr – Temperatura de referência da placa.
OBS.: O dr obtido na inspeção deve ser parametrizado no
computador de vazão.
Sistemas de Medição Placa de Orifício
Inspeção dimensional da placa de orifício
MEDIÇÃO E QUALIDADE
Os coeficientes de dilatação linear devem ser corretamente configurado
computador de vazão de acordo com o material de fabricação da placa de
orifício O certificado de inspeção dimensional, deve conter a informação do
material da placa de orifício e do tubo de medição.
Sistemas de Medição Placa de Orifício
Inspeção dimensional da placa de orifício
MEDIÇÃO EQUALIDADE
Inspeção dimensional do Tubo de Medição
Tubo de medição – seção de trecho reto de tubo a montante e
a jusante da placa de orifício, incluindo todos os elementos que
são integrais ao flange ou porta placa.
Sistemas de Medição Placa de Orifício
MEDIÇÃO E QUALIDADE
Os trechos de medição devem ser inspecionados, interna e
externamente, a cada três anos, para determinação das dimensões
dos tubos e da rugosidade interna dos mesmos, que devem estar
dentro dos limites estabelecidos pelas normas aplicáveis.
Sistemas de Medição Placa de Orifício
Inspeção dimensional do Tubo de Medição
MEDIÇÃO E QUALIDADE
1. Superfície interna (Rugosidade);
2. Diâmetro;
3. Tomadas de pressão;
4. Condicionadores de fluxo.
Sistemas de Medição Placa de Orifício
Inspeção dimensional do Tubo de Medição
MEDIÇÃO E QUALIDADE
Diâmetro
➢ Um mínimo de 4 medidas de diâmetro interno
igualmente espaçadas deverá ser feita a uma distância
de 1 polegada a montante da face a montante da placa;
➢ Uma média dessas 4 ou mais medidas é definido como
Dm;
➢ Fazer duas medidas de verificação do diâmetro interno
a montante em dois pontos quaisquer ao longo do
comprimento UL.
Sistemas de Medição Placa de Orifício
Inspeção dimensional do Tubo de Medição
MEDIÇÃO E QUALIDADE
Diâmetro
➢ Uma medida do diâmetro interno (Dj) do tubo medidor a
jusante deverá ser feita a uma distância de 1 polegada
da face a jusante da placa.
➢ Durante a medição dos diâmetros internos, a
temperatura deverá ser constante, podendo variar no
máximo ±2,5 ºC. A temperatura deverá ser registrada.
Sistemas de Medição Placa de Orifício
Inspeção dimensional do Tubo de Medição
MEDIÇÃO E QUALIDADE
Diâmetro 
Diâmetro (Dr) do tubo medidor – é diâmetro de referência calculado na
temperatura de referência Tr.
Dr = Dm[1 + ( Tr – Tm)]
 – Coeficiente linear de dilatação térmica para o material do tubo
medidor;
Dr – Diâmetro interno de referência na temperatura Tr;
Dm – Diâmetro interno medido na temperatura Tm;
Tm – Temperatura do tubo medidor em vários diâmetros internos
medidos;
Tr – Temperatura de referência do tubo medidor.
Sistemas de Medição Placa de Orifício
Inspeção dimensional do Tubo de Medição
MEDIÇÃO E QUALIDADE
Medição da Diâmetro
Sistemas de Medição Placa de Orifício
Inspeção dimensional do Tubo de Medição
MEDIÇÃO E QUALIDADE
Condicionadores de Fluxo
Retificadores de fluxo - são dispositivos que removem ou 
reduzem swirl (vórtices) em um escoamento.
Sistemas de Medição Placa de Orifício
Inspeção dimensional do Tubo de Medição
MEDIÇÃO E QUALIDADE
Calibração de Analisadores de Linha
Sistemas de Medição Placa de Orifício
MEDIÇÃO E QUALIDADE
Placa de Orifício – Configuração do Computador de vazão
MEDIÇÃO DE VAZÃO – INFLUÊNCIA DA QUALIDADE DO GÁS
Exemplo prático: Mantendo-se todas as demais condições do sistema de
medição placa de orifício, e alterando-se apenas a composição do gás, temos os
resultados abaixo:
Referência 1 2 3 4 5 6 7
Metano 85,17 87,46 88,95 89,10 90,76 91,49 93,67 95,09
Nitrogênio 1,02 1,84 1,01 1,01 0,90 1,45 1,74 0,35
Dióxido de Carbono 0,18 0,51 0,85 0,59 0,43 0,32 0,25 0,23
Etano 8,39 7,34 8,47 8,80 6,84 5,52 3,68 4,03
Propano 3,07 1,90 0,59 0,43 0,82 0,91 0,40 0,23
i-Butano 0,52 0,42 0,04 0,02 0,08 0,11 0,06 0,02
n-Butano 0,80 0,28 0,05 0,02 0,12 0,12 0,08 0,03
i-Pentano 0,23 0,09 0,01 0,00 0,02 0,02 0,03 0,00
n-Pentano 0,23 0,09 0,01 0,00 0,02 0,02 0,03 0,00
n-Hexano 0,38 0,07 0,03 0,03 0,01 0,03 0,05 0,01
Vazão Volumétrica (Base) - (Qb) - (km³/d) 541,1 552,6 561,0 562,4 564,6 565,8 571,8 576,4
Massa Específica (Base) - (ρb) - (kg/m³) 0,806 0,767 0,742 0,738 0,732 0,728 0,711 0,700
Erro de Medição em Relação Referência(%) - 2,12% 3,67% 3,94% 4,34% 4,56% 5,67% 6,51%
Quanto mais leve é o gás natural, para as mesmas condições operacionais do sistema
de medição, MAIOR O VALOR DA VAZÃO MEDIDA. Então, deve-se dar devida atenção à
qualidade do gás na medição de vazão PARA EVITAR DIFERENÇAS DE MEDIÇÃO.
Sistemas de Medição Placa de Orifício
MEDIÇÃO E QUALIDADE
Configuração do Computador de vazão
Rastreabilidade - Certificado de inspeção 
dimensional de placa de orifício
Rastreabilidade - Certificado de inspeção 
dimensional de trecho reto
NOME EMED
Sistemas de Medição Placa de Orifício
MEDIÇÃO E QUALIDADE
Configuração do Computador de vazão
Sistemas de Medição Placa de Orifício
MEDIÇÃO E QUALIDADE
Configuração do Computador de vazão
Rastreabilidade ao 
certificado de qualidade 
ou relatório de análise 
cromatográfica, BRA 
(Boletim de Resultados 
Analíticos) 
Sistemas de Medição Placa de Orifício
MEDIÇÃO E QUALIDADE
Configuração do Computador de vazão
Os sistemas de medição de vazão que não possuem cromatógrafo de linha, devem 
ter a PERIODICIDADE de atualização de composição de gás no computador de 
vazão, conforme especificado no RTM da ANP ou no caso de haver alterações 
significativas no GN – isso evita erros na medição de vazão.
Sistemas de Medição Placa de Orifício
MEDIÇÃO E QUALIDADE
Configuração do Computador de vazão
Sistemas de Medição Placa de Orifício
MEDIÇÃO E QUALIDADE
Avaliação do Computador de vazão - FLOWCHECK
Sistemas de Medição Placa de Orifício
Consiste na avaliação
do algoritmo do
computador de vazão
diante de um software
de referência para
encontrar erros de
configuração ou
processamento.
MEDIÇÃO E QUALIDADE
Avaliação do Computador de vazão – FLOWCHECK
Sistemas de Medição Placa de Orifício
MEDIÇÃO E QUALIDADE
Erros Absolutos (ppm) - Computador de Vazão contra Software 
padrão 
Temperatura ºC 10
Pressão diferencial kPa
5 10 20
Pressão Estática kPa
1000 8,2 7,9 8,3
3000 8,2 8,5 8,4
5000 8,5 8,6 8,7
Temperatura ºC 30
Pressão diferencial kPa
5 10 20
Pressão Estática kPa
1000 4,9 5,0 4,6
3000 5,0 5,2 5,0
5000 5,3 5,1 5,2
Temperatura ºC 50
Pressão diferencial kPa
5 10 20
Pressão Estática kPa
1000 1,7 1,5 1,6
3000 2,3 1,8 1,9
5000 2,1 2,0 2,0
Avaliação do Computador de vazão – ERROS 
ENCONTRADOS - FLOWCHECK
Sistemas de Medição Placa de Orifício
MEDIÇÃO E QUALIDADE
Vantagens
➢ Facilidade de calibração (calibração de instrumentação associada e a inspeção
dimensional trecho/placa, não requerendo calibração em laboratórios de
vazão);
➢ Facilidade de construção;
➢ Baixo custo de aquisição, implantação e manutenção;
➢ Padrões e normas abrangentes (ISO 5167, AGA Report n°03 e outras);
➢ Boa estabilidade em escoamento monofásico (GN limpo e seco);
➢ Não possui peças móveis (não recomendado uso de porta-placas, pois pode
acarretar vazamentos internos em anéis, o’rings e etc).
Desvantagens
➢ Baixa rangeabilidade (Em torno de 1:3 - pode ser melhorada com um ou mais transmissores de
pressão diferencial em paralelo);
➢ Grande perda de carga permanente;
➢ Requer grandes trechos retos a montante (sensível às distorções do perfil de velocidade do
escoamento);
➢ Altamente sensível a líquidos, sólidos e pulsações no escoamento;
➢ Requer inspeções periódicas frequentes na possibilidade de condensado e particulados, pois a
capacidade de diagnóstico é muito limitada;
➢ Redundância ruim – Falta de alimentação elétrica não permite estimar a vazão escoada;
➢ Dificuldades de se projetar corretamente este devido a classificação de acidentes a montante.
Sistemas de Medição Placa de Orifício
MEDIÇÃO E QUALIDADE
MUITO OBRIGADO A TODOS.
Eduardo Gertrudes. 
Contato:
• CEL: (84) 9 9837-0385.
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