Medição de Vazão de Gás nas Indústrias Petroquímicas Utilizando Placa de Orifício

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FACULDADE DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA 
CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA COM ENFÂSE EM TELECOMUNICAÇÕES 
E INFORMÁTICA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
RAPHAEL BERBERT MARQUES AZEVEDO 
 
Medição de Vazão de Gás nas Indústrias Petroquímicas Utilizando 
Placa de Orifício 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
SALVADOR 
2008 
 
 
RAPHAEL BERBERT MARQUES AZEVEDO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Medição de Vazão de Gás nas Indústrias Petroquímicas Utilizando 
Placa de Orifício 
 
 
Monografia apresentada ao Curso de 
Engenharia Elétrica com Ênfase em 
Telecomunicações e Informática da AREA 1, 
como requisito para obtenção parcial do grau 
de BACHAREL em Engenharia Elétrica com 
Ênfase em Telecomunicações e Informática. 
 
 
 
 
Orientador: Ruyther Michel Costa Parente 
Especialista 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
SALVADOR 
2008 
 
 
 
RAPHAEL BERBERT MARQUES AZEVEDO 
 
 
 
 
Medição de Vazão de Gás nas Indústrias Petroquímicas Utilizando 
Placa de Orifício 
 
 
 
 
 
 
Monografia apresentada ao Curso de 
Engenharia Elétrica com Ênfase em 
Telecomunicações e Informática da AREA 1, 
como requisito para obtenção parcial do grau 
de BACHAREL em Engenharia Elétrica com 
Ênfase em Telecomunicações e Informática. 
 
 
 
Aprovado em 11 de Dezembro de 2008, 
 
 
 
 
BANCA EXAMINADORA 
 
_________________________________________________ 
Ruyther Michel Costa Parente 
Especialista 
Faculdade de Ciência e Tecnologia – Área 1 
 
 
 
_________________________________________________ 
Marinalva Alves dos Santos 
Mestre em Engenharia de Materiais 
Faculdade de Ciência e Tecnologia – Área 1 
 
 
 
_________________________________________________ 
Júlio César Xavier Chiaradia 
Especialista 
Faculdade de Ciência e Tecnologia – Área 1 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
A986m Azevedo, Raphael Berbert Marques 
Medição de vazão de gás nas indústrias petroquímicas utilizando 
Placa de orifício / Raphael Berbert Marques Azevedo. Salvador: 
R.B.M.AZEVEDO, 2008. 
 
 79 fls. Ils 
 Monografia (Graduação) – Área1 – Faculdade de Ciência e 
Tecnologia, 2008. 
 Orientador: Prof. M. SC. Ruyther Michel Costa Parente 
 
1. Engenharia elétrica 2. Medição 3. Vazão de gás 4. Indústrias 
petroquímicas 5. Placa de orifício 6. NBR ISO-5167 7. 
INSTRUCALC® 8.Qualidade I. Parente, Michel Costa. II. Título 
 
 
 
 CDU 621.3 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Dedico este trabalho, com muito amor, aos meus pais Márcio e Eleonora (in memorian), 
meu irmão Márcio e a minha noiva Lorena. 
 
 
 
AGRADECIMENTOS 
 
Em primeiro lugar a Deus, por ter me dado força para nunca desistir do meu 
objetivo maior que sempre foi a conclusão deste curso. 
Aos meus tios, primos, amigos, dentre eles um destaque para meus 
padrinhos Roberto e Alba, minha avó Zilda e minha tia Terezinha e meus primos 
Roberto, Renato e Ivan. 
Aos professores e funcionários da ÁREA 1, em especial a Ruyther Parente, 
Lázaro Brito, Julio Xavier, Marinalva Santos por todo apoio e ajuda em minha luta 
nesses cinco anos de curso. 
Aos meus colegas de trabalho da PETROENG, em especial a Miguel Lima, 
Pedro Lobato, Joel Santos, por todo apoio e ajuda, para conclusão do meu curso. 
Aos meus colegas de curso em especial a Rafael Tavares, Paulo Ribeiro, 
Leonardo Melo, Antonio Marinho, Niraldo Paixão, Vilson Lima por todo apoio e 
companheirismo nesses cinco anos de curso. 
Aos meus grandes amigos Marcus Vinícius, Lucas Tavares, Denver Adriano, 
por todo apoio, força e amizade. 
E em especial, aos meus pais, Márcio e Eleonora (in memorian), ao meu 
irmão, Marcio, e a minha noiva, Lorena, por serem minha fonte de inspiração e a 
razão do meu viver. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
“A inteligência é o único meio que possuímos para 
dominar os nossos instintos”. 
 
Sigmund Freud 
 
 
 
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS 
 
 
- ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas 
- ISO – International Organization for Standardization 
- ISA – The Instrumentation, Systems and Automation Society 
- ASME – American Society Of Mechanical Engineers 
- CLP – Controlador Lógico Programável 
- EMED – Estação de medição 
- CPU – Unidade Central de Processamento 
- API - American Petroleum Institute 
- CAD - Computer-Aided Design 
 
http://www.iso.org/
http://www.asme.org/
http://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=American_Petroleum_Institute&action=edit&redlink=1
 
 
LISTA DE FIGURAS 
 
 
Figura 01 – Malha de Instrumentos .........................................................................19 
Figura 02 – Pressostatos .........................................................................................20 
Figura 03 – Manômetro (Indicador de Pressão) ......................................................20 
Figura 04 – Sensor de Temperatura PT-100............................................................21 
Figura 05 – Transmissor de Pressão Diferencial......................................................22 
Figura 06 – Válvulas de Controle .............................................................................23 
Figura 07 – Esquema típico para medição de vazão utilizando medidores 
Deprimogênios .....................................................................................28 
Figura 08 – Tubulação com variação de seção S1 e S2 ...........................................29 
Figura 09 – Esquema representativo para equação de Bernoulli ............................29 
Figura 10 – Escoamento real por placa de orifício ..................................................31 
Figura 11 – Placas de Orifício .................................................................................35 
Figura 12 – Bocal de vazão .....................................................................................36 
Figura 13 – Tubo Venturi .........................................................................................37 
Figura 14 – Representação esquemática do funcionamento dos medidores 
Eletromagnéticos ..................................................................................39 
Figura 15 – Medidor Eletromagnético.......................................................................40 
Figura 16 – Medidor tipo Turbina para gases...........................................................41 
Figura 17 – Medidor Ultra-sônico para gases ..........................................................42 
Figura 18 – Representação esquemática do funcionamento dos medidores Ultra-
sônicos a efeito Doppler ........................................................................43 
Figura 19 – Representação esquemática do funcionamento dos medidores Ultra-
sônicos por tempo de trânsito................................................................43 
 
 
 
Figura 20 – Medidor mássico de vazão a efeito Coriolis ..........................................45 
Figura 21 – Medidor de Vazão tipo Disco Nutante ..................................................47 
Figura 22 – Medidor de Lóbulos ..............................................................................47 
Figura 23 – Calha Parshall ......................................................................................49 
Figura 24 – Placa de orifício concêntrica .................................................................51 
Figura 25 – Placa de orifício instalada entre flanges ...............................................52 
Figura 26 – Tomadas nos flanges ...........................................................................53 
Figura 27 – Tomadas a uma distância D e ½”D ......................................................54 
Figura 28 – Tomadas de cantos ...............................................................................55Figura 29 – Esquema de uma célula capacitiva .......................................................61 
Figura 30 – Esquema da eletrônica de um transmissor de pressão diferencial .......62 
Figura 31 – Instalação típica para medição de vazão de gases limpos em linhas 
horizontais .............................................................................................63 
Figura 32 – Instalação típica para medição de vazão de gases limpos em linhas 
verticais .................................................................................................64 
Figura 33 – Malha típica de medição de vazão de gás, com CLP............................65 
Figura 34 – Representação da medição de vazão de gás .......................................68 
Figura 35 – Folha de dados de processo .................................................................70 
Figura 36 – Tela de seleção do elemento primário e do fluido de processo.............71 
Figura 37 – Tela de inserção dos dados de dimensionamento ................................71 
Figura 38 – Tela de seleção de unidades.................................................................72 
Figura 39 – Tela de composição do fluido................................................................73 
Figura 40 – Tela com os valores do dimensionamento ............................................74 
Figura 41 – Folha de Dados – Placa de Orifício e Flanges ......................................75 
 
 
 
 
LISTA DE TABELAS 
 
 
Tabela 01 – Simbologias .........................................................................................50 
Tabela 02 – Esquema de dimensionamento de uma placa de orifício. Cálculo do 
diâmetro d .............................................................................................57 
Tabela 03 – Esquema de dimensionamento de uma placa de orifício. Cálculo do 
diferencial de pressão ...........................................................................58 
Tabela 04 – Esquema de dimensionamento de uma placa de orifício. Cálculo da 
vazão máxima .......................................................................................58 
Tabela 05 – Diâmetros mínimos das linhas de impulso ...........................................63 
Tabela 06 – Diâmetro nominal da linha versus espessura da placa ........................69 
 
 
 
 
 
RESUMO 
 
Este trabalho expõe uma idéia sobre a Medição de vazão de gás nas 
indústrias Petroquímicas através de uma das tecnologias existentes, a Placa de 
orifício. Esta idéia foi proposta com o objetivo de realizar um estudo sobre a 
aplicação desta tecnologia, que é uma das mais utilizadas atualmente para a 
medição de vazão de gás. Para isso, são abordados tópicos como Características 
Gerais dos Instrumentos, Classificação dos Medidores de Vazão. Além disso, é 
apresentado um estudo sobre a utilização de placas de orifício concêntricas para a 
medição de vazão de gás, onde é descrita a sua geometria, os tipos de tomadas de 
pressão diferencial, seus respectivos limites de aplicação e as formas de instalação 
ao Transmissor de pressão diferencial. Todo o estudo descrito acima é baseado na 
norma NBR ISO-5167. No capítulo 5 é apresentada uma aplicação da placa de 
orifício concêntrica em que é utilizado o software INSTRUCALC® para a realização 
do cálculo do diâmetro do orifício (d) e da relação dos diâmetros ( β ). Como 
resultado, obteve-se d igual a 35,3053 mm e β igual a 0,347492, valores que são 
perfeitamente aceitáveis, pois encontram-se dentro dos limites descritos na NBR 
ISO-5167. Com isso é apresentada uma idéia sobre Medição de Vazão de gás e 
consequentemente um incentivo ao desenvolvimento e conhecimento por parte de 
todos desta tecnologia. 
 
 
Palavras Chave: Medição de Vazão, Placa de Orifício. 
 
 
 
ABSTRACT 
 
This work presents an idea on the measurement of gas flow in the 
petrochemical industry through an existing technologies, the Orifice Plate. This idea 
was proposed in order to conduct a study on the application of this technology, which 
is one of the most currently used for measuring the flow of gas. For this, are 
addressed topics such as General Characteristics of Instruments, Classification of 
Flow Meters. Also, is presented a study on the use of concentric Orifice Plate for 
measuring gas flow, which is described its geometry, the types of sockets differential 
pressure, their limits of application and the forms of plant and the differential pressure 
transmitter. All the study described above is based on standard NBR ISO-5167. In 
Chapter 5 is presented an application of the concentric Orifice Plate that is used the 
software INSTRUCALC® to the achievement of calculating the diameter of the 
orifice (d) and the relationship of the diameters ( β ). As a result, it was obtained d 
equal 35,3053 mm and β equal 0,347492, values that are perfectly acceptable, as 
they are within the limits specified in NBR ISO-5167. With this, it is presents an idea 
about measurement of gas flow and consequently an incentive to development and 
knowledge on the part of all this technology. 
 
 
Keywords: Measurement flow, Orifice Plate. 
 
 
 
 
 
 
 
SUMÁRIO 
 
 
1 INTRODUÇÃO ......................................................................................................17 
2 CARACTERÍSTICAS GERAIS DOS INSTRUMENTOS .......................................19 
2.1 CLASSES DE INSTRUMENTOS .......................................................................19 
2.1.1 Instrumentos Cegos.......................................................................................20 
2.1.2 Instrumentos Indicadores .............................................................................20 
2.1.3 Instrumentos Registradores..........................................................................21 
2.1.4 Elementos Primários .....................................................................................21 
2.1.5 Transmissores ................................................................................................21 
2.1.6 Conversores ...................................................................................................22 
2.1.7 Controladores .................................................................................................22 
2.1.8 Elemento Final de Controle (Válvulas de Controle) ...................................22 
2.2 TERMINOLOGIAS .............................................................................................23 
2.3 PARÂMETROS DE QUALIDADE DOS INSTRUMENTOS .................................24 
2.3.1 Exatidão ..........................................................................................................24 
2.3.2 Precisão ..........................................................................................................25 
2.3.3 Repetibilidade .................................................................................................25 
2.3.4 Rangeabilidade ...............................................................................................25 
2.3.5. Histerese ........................................................................................................25 
2.3.6 Linearidade .....................................................................................................26 
2.3.7 Sensibilidade ..................................................................................................26 
2.3.8 Incerteza..........................................................................................................26 
2.3.9 Especificação da incerteza............................................................................26 
3 CLASSIFICAÇÃO DOS MEDIDORES DE VAZÃO ..............................................27 
 
 
 
3.1 MEDIDORES DEPRIMOGÊNIOS .......................................................................27 
3.1.1 Equaçõesde regem a medição de vazão por medidores 
Deprimogênios ...............................................................................................28 
3.1.1.1 Equação da continuidade ...........................................................................28 
3.1.1.2 Equação de Bernoulli..................................................................................29 
3.1.1.3 Coeficiente de descarga .............................................................................31 
3.1.1.4 Número de Reynolds...................................................................................32 
3.1.2 Equação para fluidos reais............................................................................34 
3.1.3 Principais Medidores Deprimogênios ..........................................................35 
3.1.3.1 Placas de Orifício ........................................................................................35 
3.1.3.2 Bocais de Vazão ..........................................................................................36 
3.1.3.3 Tubo Venturi ................................................................................................36 
3.2 MEDIDORES LINEARES....................................................................................37 
3.2.1 Principais Medidores Lineares......................................................................38 
3.2.1.1 Medidor Eletromagnético ...........................................................................38 
3.2.1.2 Medidor tipo Turbina...................................................................................40 
3.2.1.3 Medidor Ultra-Sônico ..................................................................................41 
3.2.1.4 Medidor a efeito Coriolis.............................................................................44 
3.3 MEDIDORES VOLUMÉTRICOS .........................................................................45 
3.3.1 Principais Medidores Volumétricos..............................................................46 
3.3.1.1 Diafragma .....................................................................................................46 
3.3.1.2 Disco Nutante ..............................................................................................46 
3.3.1.3 Lóbulos ........................................................................................................47 
3.4 MEDIDORES EM CANAIS ABERTOS................................................................48 
3.4.1 Calha Parshall.................................................................................................48 
 
 
 
4 MEDIÇÃO DE VAZÃO DE GÁS UTILIZANDO PLACAS DE ORIFÍCIO 
CONCÊNTRICA ..................................................................................................50 
4.1 SIMBOLOGIAS ...................................................................................................50 
4.2 PLACAS DE ORIFÍCIO CONCÊNTRICA ............................................................51 
4.3 TOMADAS DE PRESSÃO ..................................................................................52 
4.3.1 Tomadas nos flanges (flange taps)...............................................................53 
4.3.2 Tomadas a uma distância D e ½D (radius taps) ..........................................54 
4.3.3 Tomadas de cantos (coner taps) ..................................................................54 
4.4 LIMITES DE UTILIZAÇÃO ..................................................................................55 
4.4.1 Limites de uso para placas de orifício concêntricas com tomadas nos 
flanges ............................................................................................................55 
4.4.2 Limites de uso para placas de orifício concêntricas com tomadas a 
distância D e ½”D...........................................................................................55 
4.4.3 Limites de uso para placas de orifício concêntricas com tomadas de 
canto ...............................................................................................................56 
4.5 COEFICIENTE DE DESCARGA CONFORME NBR ISO-5167...........................56 
4.6 DIMENSIONAMENTO DE UMA PLACA DE ORIFÍCIO ......................................57 
4.7 TRANSMISSOR DE PRESSÃO DIFERENCIAL .................................................60 
4.7.1 Princípio de funcionamento ..........................................................................61 
4.7.2 Montagem do Transmissor de Pressão Diferencial ....................................62 
4.7.2.1 Montagem em linhas horizontais ...............................................................63 
4.7.2.2 Montagem em linhas verticais ...................................................................64 
4.8 MALHAS LIGADAS A UM CLP ...........................................................................64 
5 APLICAÇÃO DA PLACA DE ORIFÍCIO PARA MEDIÇÃO DE VAZÃO DE GÁS 
EM INDÚSTRIA PETROQUÍMICA ........................................................................66 
 
 
 
5.1 PETROENG ........................................................................................................66 
5.2 DEFINIÇÕES ......................................................................................................67 
5.3 DESCRIÇÃO DO TRABALHO REALIZADO .......................................................67 
5.4 DIMENSIONAMENTO DA PLACA DE ORIFÍCIO ...............................................69 
5.5 RESULTADOS OBTIDOS...................................................................................74 
6 CONCLUSÃO ........................................................................................................76 
7 REFERÊNCIAS......................................................................................................77 
 
 
 
 
 17
1 INTRODUÇÃO 
 
 
A necessidade de se medir vazão surgiu quando, depois de canalizar a água 
para o consumo doméstico, a administração pública descobriu uma fonte de 
arrecadação e estabeleceu taxas para o consumo do líquido. Isso aconteceu há 
muitos séculos. Segundo consta, as primeiras medições de água teriam sido 
executadas por egípcios e romanos, povos cujas obras de adução de água fazem 
parte, hoje, das ruínas turísticas de vários países da Europa e do norte da África [1]. 
 A vazão é uma das grandezas mais utilizadas na indústria. As aplicações são 
inúmeras, indo desde a medição de vazão de água em estações de tratamento e 
residências, até medição de gases industriais e combustíveis, passando por 
medições mais complexas como a vazão de sangue no sistema circulatório [2]. 
A vazão é definida como a quantidade de fluido que passa pela seção reta de 
um duto, por unidade de tempo. O fluido pode ser líquido, gás ou vapor. A maioria 
dos instrumentos de vazão é prevista para medição de fluidos homogêneos, numa 
única fase, porém existem instrumentos para medir vazão de fluidos em fases 
múltiplas, sob forma de suspensões coloidais, de pasta ou de geléias. Geralmente, a 
medição é feita aproveitando o efeito de uma interação entre fluido e o medidor [2]. 
A quantidade do fluido pode ser medida em volume, sendo chamada de 
vazão volumétrica (Qv), tendo como unidade de medida o metro cúbico por hora 
(m³/h) ou em massa sendo chamada de vazão mássica (Qm), tendo como unidade 
de medida o quilo por hora (kg/h). 
A especificação de um medidor de vazão, tem que ser elaborada levando em 
consideração alguns pontos importantes, tais como: característica do fluido 
(densidade, viscosidade), condições do processo (temperatura, vazão, pressão). Em 
segundo momento, também é crucial conhecer a aplicação pela importância da 
medição (controle de processo, contabilidade interna, transferência de custódia, 
medição fiscal), rangeabilidade necessária, classe de precisão, leitura em massa ou 
em volume, medição contínua ouem bateladas. Saber a disponibilidade do 
mercado, nacional ou importado (presença no Brasil de representantes, quais 
serviços podem ser obtidos). Levar em consideração a relação de custo-benefício 
daquela especificação. O que torna um medidor mais indicado para uma 
 
 18
determinada aplicação é o tipo de fluído utilizado para a elaboração do produto. Não 
podemos esquecer que, além dos fluídos que irão compor o produto, existem as 
utilidades (ar, água, vapor) que podem adotar outros medidores (pressão diferencial, 
Coriolis) [1,2]. 
Ao longo dos últimos anos houve um grande avanço tecnológico na medição 
de vazão de gás. Os medidores mais modernos apresentam erros na medição 
bastante reduzidos. Destacam-se pela economia, confiabilidade e facilidade de 
utilização, os medidores tipo Placa de Orifício, Turbina, Ultra-sônico e Tubo Venturi. 
Este trabalho apresenta um estudo sobre a aplicação de Placa de Orifício 
para a medição de vazão de gás em indústria petroquímica, baseado na norma 
brasileira NBR ISO 5167. A escolha da placa de orifício para tal estudo foi devido a 
uma série de fatores que destacam a sua utilização, tais como: simplicidade de 
confecção, facilidade de instalação e manutenção, boa exatidão, custo relativamente 
baixo, fácil adaptação ao controle de vazão em processos contínuos e facilidade de 
calibração, que compensam os seus inconvenientes, que são a não linearidade, a 
baixa rangeabilidade. 
No capítulo 5 é apresentado um estudo de caso, no qual é descrito todas as 
condição de processo necessária para o dimensionamento da placa, tais como 
valores das condições operacionais (vazão, temperatura e pressão do fluido a ser 
medido), neste caso foi utilizado o programa de cálculo INSTRUCALC®, pois o 
mesmo é normalizado pela ISO. Os valores obtidos no dimensionamento da placa 
devem estar dentro dos limites apresentados na norma NBR ISO-5167 e descritos 
no capítulo 4 deste trabalho. 
 
 19
2 CARACTERÍSTICAS GERAIS DOS INSTRUMENTOS 
 
 
2.1 CLASSES DE INSTRUMENTOS 
 
Nas instalações industriais é comum se encontrar arranjos complexos de 
instrumentos de medição e controle. Esses arranjos são conhecidos como malhas 
de instrumentos, onde cada instrumento executa uma determinada função. A Figura 
01 representa esquematicamente uma malha de instrumentos [1,2]. 
 
Figura 01 – Malha de Instrumentos [4]. 
 
Para facilitar a compreensão da função de cada instrumento que compõe a 
malha, é necessário analisá-los utilizando-se a classificação adequada. 
Os instrumentos podem ser classificados em: 
• Instrumentos cegos; 
• Instrumentos indicadores; 
• Instrumentos registradores; 
• Elementos primários; 
• Transmissores; 
• Conversores; 
• Controladores; 
• Elemento final de controle (Válvulas de controle). 
 
 20
2.1.1 Instrumentos cegos 
 
São instrumentos que não tem indicação visível do valor da variável medida. 
Os instrumentos de alarme, tais como pressostatos (chaves de pressão) e 
termostatos (chaves de temperatura), que só possuem ajuste do ponto de atuação, 
são instrumentos cegos. Os transmissores de vazão, pressão, nível e temperatura 
sem indicação local também são instrumentos cegos. A Figura 02 ilustra exemplos 
de pressostatos [2,4]. 
 
 
Figura 02 – Pressostatos [5]. 
 
2.1.2 Instrumentos Indicadores 
 
Instrumentos que dispõem de indicador e escala graduada, na qual se pode ler o 
valor da variável medida ou controlada como apresentado na Figura 03 que 
exemplifica um instrumento indicador de pressão, o manômetro [2]. 
 
Figura 03 – Manômetro (Indicador de Pressão) [6]. 
 
 
 21
2.1.3 Instrumentos Registradores 
 
Instrumento que registra graficamente a variável medida ou controlada ao 
longo do tempo [2]. 
 
2.1.4 Elementos Primários 
 
São elementos que estão em contato direto com a variável medida ou controlada 
e que utilizam ou absorvem energia do próprio meio, para fornecer ao sistema de 
medição uma resposta em função da variação da variável medida ou controlada [2]. 
A Figura 04 apresenta um exemplo de elemento primário de medição, o sensor de 
temperatura PT-100. 
 
 
Figura 04 – Sensor de Temperatura PT-100 [7]. 
 
2.1.5 Transmissores - Elementos Secundários 
 
Instrumento que manipula a informação recebida do elemento primário, de forma 
mais conveniente e transmite a informação desejada para um dado receptor, tal 
como um CLP. Esta transmissão pode ocorrer através de sinal de corrente 4 a 
20mA, isto possibilita a transmissão em dois fios, sendo a alimentação do 
transmissor aproveitada do próprio sinal [1,2]. A Figura 05 exemplifica um 
instrumento transmissor de pressão diferencial. 
 
 22
 
Figura 05 – Transmissor de Pressão Diferencial [8]. 
2.1.6 Conversores 
 
Instrumentos que recebem um sinal de entrada pneumático ou eletrônico, 
procedente de outro instrumento, e o convertem em um sinal de saída padrão, que 
pode ser de dois tipos, 4 a 20 mA ou 0,2 a 1,0 Kgf/cm² [2]. 
 
2.1.7 Controladores 
 
Instrumento que compara o valor medido com o desejado (set point ou ponto 
de ajuste – Ponto no qual o controlador é ajustado para controlar o processo) a fim 
de efetuar uma ação de correção na variável manipulada, função da diferença entre 
este dois valores (erro ou offset) e de sua equação de controle. (controladores: 
Proporcional, Proporcional integral, Proporcional integral derivativo) [2]. 
 
2.1.8 Elemento Final de Controle (Válvulas de Controle) 
 
Equipamentos que recebem o sinal de correção do controlador e, em função 
deste sinal modificam ou atuam sobre a variável em questão. A Figura 06 ilustra 
exemplos de Válvulas de Controle. 
 
 
 23
 
Figura 06 – Válvulas de Controle [9]. 
 
2.2 TERMINOLOGIAS 
 
A terminologia utilizada na área de instrumentação e controle foi padronizada 
com o objetivo de permitir que fabricantes, usuários, projetistas e organismos ou 
entidades que atuam neste campo utilizem a mesma linguagem. Segue as principais 
terminologias usadas: 
 
• Faixa Medida (range): Faixa ou conjunto de valores da variável medida que 
estão compreendidos dentro dos limites superior e inferior da capacidade de 
medição, transmissão ou controle do instrumento, vem expressa 
estabelecendo os seus valores extremos. Exemplo: a faixa de medição de um 
instrumento de temperatura é de 100 a 300 ºC [2]; 
 
• Alcance (span): É a diferença algébrica entre os valores superior e inferior da 
faixa de medida (range) do instrumento [2]; 
 
• Zona Morta: É uma pequena faixa de valores da variável medida que não faz 
variar a indicação ou sinal de saída do instrumento , ou seja, que não produz 
uma variação na resposta. É dada em porcentagem do Span de medida [10]; 
 
• Ponto de Ajuste (Set Point): Ponto no qual o controlador é ajustado para 
controlar o processo [2]; 
 
 
 24
• Erro (Offset): É a diferença entre o valor lido ou transmitido e o valor real da 
variável medida [2]; 
 
• Ajuste de Zero: Valor apresentado pelo instrumento quando não há sinal de 
entrada ou quando o sinal de entrada é muito pequeno, da mesma ordem ou 
menor que sua sensibilidade. Esse erro pode não ser exibido por um artifício 
de supressão de zero, que força a saída a zero quando o sinal está abaixo de 
determinado valor.[2, 11]; 
 
2.3 PARÂMETROS DE QUALIDADE DOS INSTRUMENTOS 
 
Os parâmetros de qualidade de um instrumento são importantes, pois eles 
constituem a base para a escolha do instrumento mais apropriado para a aplicação 
específica. 
Os principais parâmetros de qualidade dos instrumentos de medição são: 
• Exatidão; 
• Precisão; 
• Repetibilidade; 
• Rangeabilidade; 
• Histerese; 
• Linearidade; 
• Sensibilidade; 
• Incerteza. 
 
2.3.1 Exatidão 
 
Exatidão é o grau de conformidade de um valor indicado para um valor 
padrão reconhecidamente aceito ou valor ideal. A exatidão medida é expressa pelo 
desvio máximo observado no teste de um instrumento [10, 11]. 
 
 25
2.3.2 PrecisãoÉ a tolerância de medição ou de transmissão do instrumento. Define os limites 
dos erros cometidos quando o instrumento é utilizado em condições normais de 
serviço. A precisão pode ser expressa de várias maneiras: 
• Em porcentagem do alcance (span); 
• Em unidades da variável medida; 
• Em porcentagem de leitura; 
• Em porcentagem do valor máximo da faixa medida (range); 
• Em porcentagem do comprimento da escala. 
 
Normalmente, a precisão varia em cada ponto da faixa medida, embora os 
fabricantes a especifiquem em toda faixa do instrumento, indicando seu valor em 
algumas regiões da escala [3]. 
 
2.3.3 Repetibilidade 
 
Capacidade de reprodução da indicação ou transmissão ao se medir, 
repetidamente, valores idênticos da variável medida, nas mesmas condições de 
operação e no mesmo sentido de variação. É geralmente expressa em porcentagem 
do alcance [2]. 
 
2.3.4 Rangeabilidade 
 
Faixa da escala do instrumento em que a precisão é respeitada. Defini-se 
como a relação (fração) entre o maior e o menor valor da escala do instrumento. Por 
exemplo: 10/1 (dez para um) [1,11]. 
 
2.3.5 Histerese 
 
Erro máximo com o qual, para um mesmo sinal de entrada, uma leitura da 
saída afasta-se de outra, dependendo de ter sida alcançada a partir de sinais 
maiores ou menores. Ao se calibrar um instrumento, os valores de referência são 
 
 26
aplicados sucessivamente de 0 a 100% e de 100% a 0, para se verificar a histerese 
[1]. 
2.3.6 Linearidade 
 
Característica de um instrumento que fornece uma saída diretamente 
proporcional ao valor da variável que representa. Pode ser expressa em valor 
absoluto, na mesma unidade que a escala do instrumento, ou em porcentagem da 
escala [4]. 
 
2.3.7 Sensibilidade 
 
Valor mínimo que a variável deve mudar para obter-se uma variação da 
indicação ou transmissão. Normalmente expressa em porcentagem do span [2]. 
 
2.3.8 Incerteza 
 
É uma medida do grau de liberdade dos erros aleatórios do instrumento. E um 
valor obtido através de um procedimento padronizado. A incerteza do instrumento 
está relacionada com seu processo de fabricação, com sua qualidade e com seu 
programa de manutenção [3]. 
 
2.3.9 Especificação da incerteza 
 
A incerteza pode ser especificada conforme as descrições a seguir: 
• Porcentagem do fundo de escala: Usado para medidores que possuem erros 
devido ao ajuste de zero e largura de faixa (exemplo: medição com placa de 
orifício) [3]; 
• Porcentagem do valor medido: Usado para medidores que possuem erros 
devido somente ao ajuste da largura de faixa (ex: Medidor tipo Turbina) [3]. 
 
 
 27
3 CLASSIFICAÇÃO DOS MEDIDORES DE VAZÃO 
 
 
Os medidores de vazão são classificados devido ao princípio de medição. 
Neste caso os medidores de vazão se classificam em quatro grupos que são: 
Medidores Deprimogênios (geradores de pressão diferencial), Medidores Lineares, 
Medidores Volumétricos e Medidores em canais abertos. 
A Cada princípio de funcionamento correspondem características que limitam 
as aplicações a faixas de diâmetros, de pressões, de temperaturas, de viscosidade e 
de teores de impurezas. A escolha entre os possíveis medidores para uma 
determinada aplicação pode considerar também a perda de carga (Queda de 
pressão permanente provocada por um obstáculo em um fluido em movimento), 
introduzida pelo medidor na tubulação, os trechos retos disponíveis, os custos de 
implantação (incluindo os acessórios necessários) e os custos de manutenção 
[12,13]. 
 
3.1 MEDIDORES DEPRIMOGÊNIOS 
 
Os Medidores Deprimogênios são aqueles que realizam a medição de vazão 
por pressão diferencial e produzem um sinal de saída quadrático em função da 
vazão. O princípio de funcionamento baseia-se no uso de uma mudança de área de 
escoamento, através de uma redução de diâmetro ou de um obstáculo, ou ainda 
através de uma mudança na direção do escoamento. Estas mudanças de área ou de 
direção provocam uma aceleração local do escoamento, alterando a velocidade e, 
em conseqüência, a pressão local. A variação de pressão é proporcional ao 
quadrado da vazão [1, 14]. 
A grande aceitação deste método de medição deve-se à facilidade de 
instalação e manutenção, boa confiabilidade e custo relativamente baixo, que 
compensam os seus inconvenientes, que são a não linearidade, a baixa 
rangeabilidade e a grande dependência das condições operacionais [12]. 
Um sistema de medição de vazão utilizando medidores deprimogênios é 
constituído basicamente por um dispositivo gerador de pressão diferencial (∆P), 
introduzido na tubulação e instrumentos e acessórios destinados a medir esta 
 
 28
pressão diferencial. Estes instrumentos captam a pressão a montante e a jusante do 
dispositivo gerador de pressão diferencial através das tomadas de pressão. A Figura 
07 representa de forma esquemática um sistema de medição de vazão. 
 
Figura 07 –Esquema típico para medição de vazão utilizando medidores Deprimogênios. [12] 
 
3.1.1 Equações que regem a medição de vazão por medidores Deprimogênios 
 
A medição de vazão através de medidores deprimogênios tem sua teoria 
fundamentada em leis físicas conhecidas. Para uma medição precisa, as equações 
teóricas são complementadas por coeficientes práticos. As equações que regem a 
medição de vazão através de medidores deprimogênios são: a equação da 
continuidade e a equação de Bernoulli. 
 
3.1.1.1 Equação da continuidade 
 
A equação da continuidade aplica-se diretamente a fluidos incompressíveis 
que fluem em tubulação completamente preenchida, cuja seção varia de S1 para S2, 
como apresentado pela Figura 08. Num determinado instante, ao longo da tubulação, 
a vazão volumétrica (Qv) é igual ao produto da velocidade (V) pela seção (S) [13,14]: 
 
 29
 
Figura 08 –Tubulação com variação de seção S1 e S2 [13]. 
 
2211 VSVS ⋅=⋅ (1) 
 
3.1.1.2 Equação de Bernoulli 
 
Desenvolvida para estabelecer a relação entre as velocidades e as pressões 
num filete líquido, cujo diâmetro (muito pequeno) varia num certo trecho, passado da 
seção 1 para a seção 2, como ilustra a Figura 09 [13]: 
 
Figura 09 – Esquema representativo para a equação de Bernoulli [13]. 
 
A equação de Bernoulli é: 
 
 2
22
1
11
22
22
hP
g
VhP
g
V
++=++
γγ
 (2)
 
 30
Em que: V é a velocidade em m/s; 
 P é a pressão em Kgf/m²; 
 g é a aceleração da gravidade em m/s²; 
 ;é a densidade do fluido, em Kg/m³ ال 
 h é a altura em m; 
 Os índices 1 e 2 se referem aos trechos de medição. 
 
A equação apresenta-se geralmente da seguinte forma simplificada, para um 
trecho reto horizontal e utilizando o sistema internacional de unidades: 
 
ρρ
2211
2
²
2
² PVPV
+=+ (3) 
 
Em que: P é a pressão em Pascal (Pa). 
 ρ é a massa específica do fluido, em Kg/m³. 
 
 Observações: 
1. Massa específica (kg/m³), também chamada de “densidade absoluta”. O 
quilograma por metro cúbico é a massa específica de um corpo 
homogêneo, do qual um volume igual a 1 m³ tem a massa igual a 1kg [1]. 
2. A “densidade relativa”, expressa em valores adimensionais, é a relação da 
massa específica de um fluido com a de um fluido de referência, com 
ambas as massas específicas referidas às mesmas condições de pressão 
e temperatura, como por exemplo: A densidade relativa dos gases. Neste 
caso o gás de referencia é o ar, nas mesmas condições de pressão e 
temperatura que o gás considerado [1]. 
 
Rearranjando a equação (3) para o uso direto em cálculos de elementos 
deprimogênios e empregando os símbolos β e E, tem-se : 
 
)()/2(² 211 PPEV −⋅⋅⋅= ρβ (4) 
 
Em que: Dd /=β , é a relação dos diâmetros; 
 
 31
)1(/1 4β−=E , é chamada “Fator do perfil de velocidade”; 
D = diâmetro correspondente à seção 1; 
 d = diâmetro correspondente à seção 2. 
 
Essa é a equação teórica fundamental, que as demais em medição de vazão. 
Passar da equação teóricaà prática, significa não limitar-se à seção de um filete 
líquido e generalizar a equação para a velocidade média da seção, cujo perfil de 
velocidades é uma função do número de Reynolds [13]. 
 
3.1.1.3 Coeficiente de descarga 
 
Considerando que escoamentos reais são muito diferentes do filete líquido 
adotado no item anterior a equação de Bernoulli não pode ser aplicada nestes 
casos. Supondo um escoamento real turbulento, a velocidade não é igual à 
velocidade média em todos os pontos, e as linhas fluidas não acompanham o 
formato geométrico da tubulação, principalmente no caso de placas de orifício, como 
ilustra a Figura 10 [1]. 
 
 
Figura 10 – Escoamento real por Placa de Orifício [1]. 
 
Logo, para permitir a aplicação prática da equação de Bernoulli, é necessário 
introduzir o coeficiente de descarga (C): 
 
caVazãoTeóri
C alVazãoRe= (5) 
 
 
 32
A vazão teórica é calculada a partir de medidas precisas das dimensões do 
elemento, da massa específica do fluido e da pressão diferencial. A vazão real é 
medida pelo tempo necessário para se preencher um determinado volume ou para 
completar um peso definido de líquido. O coeficiente de descarga é determinado 
experimentalmente para cada tipo de instrumento [13]. 
Usando a equação Qreal = C • Qterórica, e combinando a equação de Bernoulli 
com a da continuidade, temos: 
 
ρβ /)(2[² 211 PPSCEQv −⋅⋅⋅= (6) 
 
Substituindo S1 por 4/²D⋅π e considerando que 1107,124/ =⋅π , temos: 
 
ρβ /)(²²1107,1 21 PPDCEQv −⋅⋅⋅= (7) 
 
Onde, Q em m³/s; 
 P1 e P2 em Pascal (Pa); 
 D em m. 
 ρ em kg / m³. 
 
O produto ²βCE pode ser tratado em conjunto, sendo C uma característica de 
cada elemento primário e o produto ²βE representa a dimensões geométricas. 
No capítulo 4, item 4.6 é apresentada a equação do Coeficiente de descarga 
para placas de orifício concêntricas, tomadas de pressão Flange taps, Corner 
taps ou Radius taps de acordo com a norma NBR ISO 5167. 
 
3.1.1.4 Número de Reynolds 
 
Antes de apresentar o Número de Reynolds, é necessário falar sobre os tipos de 
escoamento que podem ocorrer em uma tubulação, que são apresentados a seguir: 
• Regime Laminar: Se caracteriza por um escoamento em camadas planas ou 
concêntricas, dependendo da forma do duto, sem passagens das partículas 
 
 33
do fluido de uma camada para outra e sem variação de velocidade, para 
determinada vazão [4]; 
• Regime Turbulento: Se caracteriza por uma mistura intensa do líquido e 
oscilações de velocidade e pressão. O movimento das partículas é 
desordenado e sem trajetória definida [4]. 
 
O número de Reynolds é considerado um “identificador de regime” de 
escoamento baseado em parâmetros cujas unidades, uma vez efetuada a operação, 
resultam em valor adimensional. Sua determinação é importante como parâmetro 
modificador dos coeficientes de descarga [1,14]. 
ν
DV ⋅
=Re (8) 
Em que: V é a velocidade (m/s); 
 D é o diâmetro interno da tubulação (m); 
 ν é a viscosidade em (m²/s). 
 
Quando o número de Reynolds se refere à seção onde o diâmetro é D, 
costuma-se escrever RD. Excepcionalmente, nas referências sobre medição de 
vazão, o número de Reynolds se refere ao diâmetro d e, neste caso, escreve-se 
Rd.[1,14] 
Na prática o número de Reynolds permite definir três tipos de regime de 
escoamento: 
• Abaixo de RD = 2000, o Regime de escoamento é Laminar; 
• Entre RD = 2000 e 4000, será um Regime Transitório; 
• Acima de RD = 4000, Regime de escoamento é Turbulento. 
 
O número de Reynolds pode também ser calculado pela fórmula: 
 
μπ ⋅⋅
⋅=
D
QmRD 4 (9) 
 
Em que: é a vazão mássica (kg/s); mQ
 é o diâmetro interno da tubulação (m); D
 
 34
 μ é a viscosidade em (cP). 
 
3.1.2 Equação para fluidos reais 
 
A equação de Bernoulli foi desenvolvida para fluidos incompressíveis e, em 
decorrência, consta nela somente uma única massa específica de operação. Com 
fluidos compressíveis, a massa especifica se altera pela mudança de pressão, 
quando o fluido passa pelo elemento primário. É necessário, então, introduzir um 
fator para corrigir esse efeito. Esse fator é chamado de fator de expansão isentrópica 
do fluido e é representado pela letra grega ε. Logo, a equação generalizada para 
fluidos compressíveis é [1,13]: 
 
ρεβ /)(²²1107,1 21 PPDCEQv −⋅⋅⋅⋅= (10) 
 
E ainda considerando que a vazão mássica Qm (kg/s) = Qv (m³/s) . ρ (kg/m³) 
e substituindo 21 PP − por ∆P, temos: 
 
ρεβ ⋅Δ⋅⋅⋅⋅= PDCEQm ²²1107,1 (11) 
 
 A norma NBR ISO-5167 apresenta o fator de expansão ε através de uma 
equação simples nos casos de placas de orifício concêntrica com tomadas de 
pressão Flange taps, Corner taps ou Radius taps, (estas definições serão 
vistas mais adiante no capítulo 4). 
 
 
1
4 )35,041,0(1
kP
PΔ
⋅+−= βε (12) 
 
Com PΔ e P (Pressão absoluta na mesma unidade) e k = Cp/Cv que é o 
Expoente isentrópico, fator que caracteriza uma propriedade termodinâmica de um 
gás ou vapor. 
 
 
 
 35
3.1.3 Principais Medidores Deprimogênios 
 
Os principais Medidores Deprimogênios são: 
• Placas de Orifício; 
• Bocais de Vazão; 
• Tubo Venturi. 
 
3.1.3.1 Placas de Orifício 
 
As placas de orifício são indicadas para medir vazão de líquidos, gases e 
vapores. As placas podem ser do tipo concêntricas, excêntricas e segmentais e 
podem ter diâmetros nominais de 2" a 40", conforme a NBR ISO 5167 e espessura 
entre 1/4” e 1/8”. As Placas de orifício têm como vantagens a simplicidade de 
confecção, facilidade de instalação e manutenção, boa exatidão, custo relativamente 
baixo, fácil adaptação ao controle de vazão em processos contínuos e facilidade de 
calibração, que compensam os seus inconvenientes, que são a não linearidade, a 
baixa rangeabilidade. [3,15]. No capítulo 4 é realizado um estudo sobre medição de 
vazão de gás por placas de orifício concêntricas [1,2]. 
As placas de orifício excêntricos e segmentais são utilizadas para medição de 
vazão de fluidos que carregam impurezas. Prefere-se a placa excêntrica nos casos 
de presença de condensado em medições de gases sujos. A segmental, a mais 
imprecisa, pode ser aplicada para líquidos carregados se sólidos, como por exemplo, 
em adutoras [1,2]. A Figura 11 exemplifica Placas de Orifício tipo concêntricas, 
excêntricas e segmentais respectivamente. 
 
Figura 11 –Placas de Orifício. [15] 
 
 
 36
3.1.3.2 Bocais de vazão 
 
São indicados para altas velocidades de escoamento ou para altas 
temperaturas, devido à menor possibilidade de sofrerem deformações, graças à sua 
robustez. O bocal provoca uma pressão diferencial menor que uma placa de orifício 
e, em conseqüência, menos perda de carga [1,12]. 
Os Bocais podem ser fabricados de acordo com a norma NBR ISO-5167, no 
formato ISA 1932 (Raio Curto) : de 2" a 16", ASME (Raio Longo) : de 2" a 24". A 
aplicação típica é na medição de vapor superaquecido na saída das caldeiras [15]. A 
Figura 12 ilustra um exemplo de Bocal de Vazão. 
 
Figura 12 – Bocal de vazão. [15] 
 
 
3.1.3.3 Tubo Venturi 
 
São empregados nos casos em que a perda de carga permanente deve ser 
baixa, pois apresentam boa recuperação de pressão. Outra aplicação é a medição 
de vazão de fluidos sujos, porque seu perfil não é favorável à acumulação de 
depósitos. Sua fabricação e instalação são mais difíceis que os outros dispositivos 
de medição de vazão deprimogênios. A Figura 13 ilustra um exemplo de Tubo 
Venturi. 
Suas principais vantagens são: 
• Pequena perda de carga; 
• Pode manusear sólidos em suspensão no líquido; 
• Pode medir altas vazões. 
 
 37
Suas desvantagens são: 
• Alto custo; 
• Difícil construção. Geralmente são feitos apenas pelos fabricantes 
especializados; 
• São disponíveis apenas em tamanho grandes, geralmente com diâmetros 
maiores que 6"; 
• Menor precisão que a Placa de Orifício. 
 
 
Figura 13 – Tubo Venturi. [15] 
 
3.2 MEDIDORESLINEARES 
 
São considerados lineares os medidores de vazão que produzem um sinal de 
saída diretamente proporcional à vazão, com fator de proporcionalidade constante 
ou aproximadamente constante na faixa de medição. Dessa forma distinguem dos 
medidores deprimogênios, cuja saída inerente é quadrática em função da vazão 
[1,2]. 
Esses medidores são necessariamente fornecidos por empresas de 
instrumentação especializadas, fabricados em série, para ser economicamente 
viáveis. O elemento primário (elemento que está em contato direto com o fluido) e o 
transmissor formam usualmente um conjunto a ser adquirido de um único 
fornecedor. O instrumento é escolhido num catálogo, na faixa mais adequada para a 
aplicação, entre as oferecidas pelos fornecedores, não sendo possível aproveitar 
sempre e integralmente a rangeabilidade anunciada [1,2]. 
 
 38
As normas relacionadas aos medidores lineares orientam-se no sentido de 
definir a terminologia, o uso e a interpretação dos resultados, às vezes os tamanhos, 
as condições de instalação, as faixas de vazão e a exatidão mínima exigível [1,2]. 
 
3.2.1 Principais Medidores Lineares 
 
Os principais Medidores Lineares são: 
• Medidor Eletromagnético; 
• Medidor tipo Turbina; 
• Medidor Ultra-Sônico; 
• Medidor a efeito Coriolis. 
 
3.2.1.1 Medidor Eletromagnético 
 
Os medidores eletromagnéticos (ou simplesmente medidores magnéticos) 
baseiam-se na lei de Faraday: quando um condutor móvel se desloca num campo 
magnético, é gerada nas suas extremidades uma força eletromotriz (fem) 
proporcional à intensidade do campo magnético, ao seu comprimento e à sua 
velocidade de deslocamento [1,2]. 
O princípio básico dos medidores eletromagnéticos é apresentado na Figura 
14. O fluido tem suas linhas de velocidade perpendiculares ao campo magnético. De 
acordo com a lei de Faraday, o movimento do fluido que atravessa o campo 
magnético, de densidade de fluxo B (tesla), com velocidade V (m/s), produz uma fem 
e (Volt), a qual pode ser medida pelos eletrodos, distantes de D (m), em contato com 
o fluido. A fem está relacionada à vazão da seguinte forma [1,2]: 
 
VDBe ⋅⋅= (13) 
 
Sendo a vazão volumétrica relacionada à velocidade pela equação 
VDQv ⋅⋅= )4/²(π , temos [1,2]: 
 
B
DeQv ⋅⋅= )4/(π (14) 
 
 39
O princípio de funcionamento desse medidor impõe que o fluido seja condutor 
de eletricidade, o que reduz sua aplicação aos líquidos condutivos e não magnéticos 
[1,2]. 
 
Figura 14 – Representação esquemática do funcionamento dos medidores Eletromagnáticos [1]. 
 
 A condutividade mínima de 0,5 μS/cm é citada como limite pela maioria dos 
fabricantes. Isso exclui os derivados do petróleo das possíveis aplicações, pois estes 
produtos estão abaixo dos limites práticos de condutividade, assim como os gases, a 
menos que sejam ionizados [1,2]. 
Os medidores de vazão eletromagnéticos podem trabalhar nas mais variadas 
aplicações industriais, nos setores químicos, petroquímicos, alimentícios, 
saneamento, tratamento de água e efluentes, farmacêuticas, papel e celulose, 
siderúrgica, minerarão e muitas outras aplicações [16]. A Figura 15 exemplifica um 
medidor Eletromagnético. 
As principais vantagens do uso do medidor magnético de vazão são: 
• Não apresenta perda de carga; 
• Mede vazão de fluidos sujos, corrosivos, abrasivos, com sólidos em 
suspensão, não lubrificantes; 
• A medição não é afetada pela viscosidade, densidade, temperatura ou 
pressão. 
• Não possui peças moveis e desde que a velocidade não ultrapassa o limite de 
6,0 m/s, não há desgaste nenhum; 
• Possui excelente Rangeabilidade. 
 
 
 
 40
As principais desvantagens do uso do medidor magnético de vazão são: 
• Exige-se a condutividade mínima de 0,1 a 20 μS/cm. 
• O princípio de funcionamento requer o tubo sempre cheio de líquido. Se o 
formato da frente de onda da vazão é assimétrico também há erros. 
• A calibração do medidor magnético exige a simulação da vazão conhecida. 
• É um instrumento elétrico e, portanto sua montagem é limitada a locais 
seguros, ou se exige técnica adicional de segurança para montagem em local 
classificado. 
 
Figura 15 – Medidor de vazão Eletromagnético [16]. 
 
3.2.1.2 Medidor tipo Turbina 
 
Um medidor de vazão tipo turbina consiste basicamente de um rotor provido 
de palhetas suspenso numa corrente de fluido por um eixo de rotação paralelo à 
direção do fluxo. O rotor é acionado pela passagem de fluido sobre as palhetas em 
ângulo; sua velocidade angular é proporcional à velocidade do fluido, que por sua 
vez é proporcional à vazão do volume. Um sensor (pick up magnética ou sensor tipo 
rádio freqüência) na parte externa do corpo do medidor, sem contato com o fluido 
detecta o movimento do rotor [17,18]. 
Como as palhetas do rotor são feitas de material magnético, à medida que 
cada uma passa próxima ao sensor corta o campo magnético, gerando um pulso. O 
sinal de saída é uma seqüência de pulsos em que cada pulso representa um 
pequeno volume determinado de líquido ou gás. O sinal detectado é linear à vazão. 
Unidades eletrônicas associadas permitem indicar a vazão instantânea ou o volume 
totalizado. Trata-se de um modelo muito versátil, pois possui faixas de temperatura e 
 
 41
pressão muito amplas, uma vez que o mesmo é fabricado em aço inoxidável, e é 
compatível com uma ampla faixa de fluidos. Estes, todavia devem ser relativamente 
limpos e não ter viscosidade alta [17,18]. 
A principal limitação deste tipo de medidor é a impossibilidade de fazê-lo 
vibrar tubos de diâmetro elevado. Para gases, o medidor poderá ser provido de um 
sistema de lubrificação. Estes medidores são geralmente precisos e podem, no caso 
de gases, uma rangeabilidade elevada pode ser conseguida com sistemas de 
rolamento mais elaborados e, principalmente, com um sensor de rotações que deixe 
o rotor girar o mais livremente possível, em baixas rotações. O principal problema 
identificado das turbinas é que o giro constante do rotor torna o sistema de 
rolamento sujeito a desgaste. A livre rotação do rotor pode ser afetada por 
impurezas e a medição pode ser prejudicada. Daí a necessidade de recalibrações 
constantes [1]. A Figura 16 exemplifica um medidor de Vazão tipo Turbina para 
Gases. 
 
Figura 16 - Medidor tipo Turbina para gases [19]. 
 
3.2.1.3 Medidor Ultra-Sônico 
 
 O medidor a ultra-som, ilustrado na Figura 17 é um dos mais recentes 
desenvolvidos. É o único que apresenta a vantagem, de poder permitir que a 
medição da vazão possa ser realizada de forma não-intrusiva na linha de processo, 
ou seja o medidor não entra em contato com o fluido, mas nem sempre é possível 
usar esta vantagem, pois linhas revestidas internamente ou com incrustação não 
podem ser medidas desta forma. Por esta e outras razões é que existem também 
 
 42
medidores ultra-sônicos intrusivos em que os transdutores estão diretamente em 
contato com o fluido a ser medido. Assim mesmo, não apresentando obstáculos para 
o escoamento, não há perda de carga, o que é outra grande vantagem. Entre as 
tecnologias de utilização do ultra-som, o efeito Doppler e o tempo de trânsito são os 
mais usados, sendo o segundo o mais preciso [20]. 
 
Figura 17 - Medidor Ultra-sônico, para gases [22]. 
 
O efeito Doppler foi descoberto em 1842 e é usado atualmente em sistemas 
de radar (ar) e sonar (água) e em estudos médicos e biológicos. A demonstração 
prática do efeito Doppler é escutar o apito do trem ou a buzina do carro. A qualidade 
tonal (freqüência) é diferente para o observador estático quando o trem está também 
parado ou em movimento. Na aplicação industrial, quando um raio ultra-sônico é 
projetado em um fluido não homogêneo, alguma energia acústica é refletida de volta 
para o elemento sensor. Como o fluido está em movimento com relação ao elemento 
sensor e o som espalhado se move com o fluido, o sinal recebido difere do sinal 
transmitido deum certo desvio de freqüência, referido como o desvio de freqüência 
Doppler. Este desvio de freqüência é diretamente proporcional a vazão. Estes 
medidores não são normalmente usados com fluidos limpos, porque uma quantidade 
mínima de partículas ou bolhas de gás deve estar no fluido. As bolhas de gás podem 
ser criadas no fluido para fins de medição. A precisão geralmente varia de ± 2 a ±5% 
da vazão medida. Não há usualmente restrições para a vazão ou para os números 
de Reynolds, exceto que a vazão deve ser suficientemente rápida para manter os 
sólidos em suspensão [21]. A Figura 18 ilustra a aplicação do efeito Doppler a 
medidores Ultra-sônicos. 
 
 43
 
Figura 18 - Representação esquemática do funcionamento dos medidores Ultra-sônicos 
 a efeito Doppler [1]. 
 
O medidor de vazão ultra-sônico a tempo de trânsito mede a vazão, medindo 
o tempo gasto pela energia ultra-sônica atravessar a seção do tubo, indo a favor e 
contra a vazão do fluido dentro da tubulação. Os tempos de propagação da onda 
ultra-sônica, através do fluido, são diferentes, quando no sentido da vazão e quando 
no sentido contrario. Esta diferença de tempo é proporcional a vazão do fluido. Há 
uma diferença de tempo de propagação, por que quando a onda viaja contra a 
vazão, a sua velocidade é levemente diminuída e quando viaja a favor da vazão, a 
velocidade da onda sonora é levemente aumentada [21]. 
 Os medidores por tempo de trânsito são normalmente usados para medir a 
vazão de líquidos limpos. As precisões podem variar de ±1 a ±5% da vazão medida, 
com rangeabilidades de vazão de 10:1 a 40:1. Como estes medidores são não-
intrusivos, a perda de carga permanente é essencialmente zero. Os transdutores 
podem ser grampeados do lado de fora da tubulação [21]. A Figura 19 ilustra o 
Princípio de funcionamento de um medidor de vazão Ultra-Sônico por tempo de 
trânsito. 
 
Figura 19 – Representação esquemática do funcionamento dos medidores Ultra-sônicos por tempo 
de trânsito [1]. 
 
 44
3.2.1.4 Medidor a efeito Coriolis 
 
Uma das mais recentes introduções na área de medição industrial de vazão, a 
medida da vazão mássica com base no princípio de coriólis tem se tornando cada 
vez mais usual. Para que uma força de coriólis surja são necessários três 
parâmetros: uma massa, um veículo em rotação e um movimento da massa em 
relação ao veículo. A equação que descreve a relação entre estes parâmetros é: 
 
vwmFC rr
r
x2 ⋅⋅= (15) 
 
Em que: CF
r
 é a força de coriólis desenvolvida, m é a massa, wr é a 
velocidade angular do veículo, vr é a velocidade relativa ao veículo e indica o 
produto vetorial entre as velocidades [23]. 
x
É importante observar que na equação (6), a velocidade angular não precisa 
ser mantida constante e, de fato, pode ser alternada. Esta característica possibilita 
que o princípio de coriólis seja aplicado para a medida do fluxo mássico. Assim 
sendo, um tubo no qual o fluido escoa é submetido à vibração (em geral na 
freqüência de ressonância do tubo para minimizar os requerimentos energéticos). À 
medida que o fluido escoa através do tubo ele se opõe ao movimento vibratório e 
provoca uma deformação no tubo. A magnitude da deformação é proporcional à taxa 
de fluxo mássico. Medindo esta deformação, ou deslocamento do ângulo de fase da 
condição de fluxo nulo, uma leitura direta de vazão mássica pode ser obtida [1,23]. 
Os medidores de coriólis apresentam rangeabilidade de 10:1 e elevada 
exatidão, da ordem de ± 0,2% da vazão máxima. São utilizados em líquidos e 
borras, sem gases dissolvidos. Apresenta como desvantagem principal uma grande 
perda de carga que o tortuoso caminho imposto pelo tubo do medidor provoca no 
fluido. Essas considerações de perda de pressão se tornam mais importantes com o 
aumento da viscosidade. São também muito sensíveis a vibrações externas e não 
podem ser utilizados com diâmetros muito grandes de tubo. Porém, este tipo de 
medidor é especialmente vantajoso para fluidos que requerem medida mássica 
direta, como combustíveis, pois elimina a necessidade de qualquer tipo de 
compensação ou conversão de medidas volumétricas. [2, 23]. 
 
 
 45
 
Figura 20 - Medidor mássico de vazão a efeito Coriolis [24]. 
 
3.3 MEDIDORES VOLUMÉTRICOS 
 
Os medidores Volumétricos também chamados de “medidores de 
deslocamento positivo” destinam-se essencialmente à medição de volumes, em litros 
ou em metros cúbicos, ao invés de vazão, em litros por minuto ou em metros cúbicos 
por hora. A vazão pode ser calculada, por meio de acessórios mecânicos ou 
eletrônicos, de forma contínua, derivando matematicamente o volume no tempo. 
Existem diferentes soluções construtivas de medidores volumétricos, 
dependendo do fluido a ser medido, se líquido ou gás, se muito ou pouco viscoso, se 
exige muita precisão ou não, etc. Mas o princípio geral de funcionamento consiste 
em forçar a passagem do líquido por câmaras de volume perfeitamente determinado. 
E possível caracterizar três fases, que ocorrem de forma seqüente durante a 
medição: 
• 1ª fase: admissão, em que o fluido passa por uma abertura e preenche a 
câmara de medição; 
• 2ª fase: isolamento da câmara de medição; 
• 3ª fase: escape, fase em que o fluido deixa a câmara de medição rumo à 
saída. 
Os fabricantes buscam minimizar as possibilidades de fuga de fluido pelas folgas 
mecânicas, indispensáveis ao deslocamento das peças móveis com pouco atrito 
[1,2]. 
 
 
 46
3.3.1 Principais Medidores Volumétricos 
 
Os principais Medidores Lineares são: 
• Diafragma; 
• Disco Nutante; 
• Lóbulos. 
 
3.3.1.1 Diafragma 
 
Os medidores com Diafragma (ou foles) possuem como princípio de 
funcionamento o deslocamento positivo através de duas câmaras internas, onde 
cada uma está equipada com um diafragma flexível que se desloca em função da 
diferença entre a pressão de entrada e de saída. O mecanismo mecânico é 
impulsionado por um sistema de transmissão dotado de uma válvula giratória e de 
um sistema cinemático. Destinam-se, principalmente à medição de gás para 
consumo doméstico. 
Devido a essa finalidade, o custo de fabricação é necessariamente baixo, o 
que se consegue com lotes de fabricação muito elevados. Esses medidores são 
adquiridos em lotes de centenas de milhares de unidades. A precisão deste medidor 
é da ordem de 0,5% entre a vazão nominal e 5% desta. Eles são previstos para 
gases limpos e secos [2, 21]. 
 
3.3.1.2 Disco Nutante 
 
Num medidor de Disco Nutante, a peça móvel é um disco com um rasgo 
radial, tendo no seu centro uma esfera e um pino axial. Esse conjunto móvel é 
convenientemente alojado no corpo do medidor de forma que uma placa divisória se 
ajuste ao rasgo, que o disco se apóie, por cima e por baixo, em superfícies cônicas 
do corpo e que a esfera seja suportada por seus mancais. O conjunto móvel divide a 
parte interna do medidor em quatro volume, salvo para duas posições definidas do 
disco, sendo dois lados da entrada e dois lados da saída do líquido. 
 Esse tipo de medidor é utilizado para o consumo doméstico de água e está 
ilustrado na Figura 21 [1,14]. 
 
 
 47
 
Figura 21 - Medidor de Vazão tipo Disco Nutante [14]. 
 
3.3.1.3 Lóbulos 
 
Os medidores de lóbulos são geralmente usados, para medições de gases. 
Alem da parte do corpo que constitui o volume de medição, o medidor possui 
necessariamente um compartimento com duas engrenagens que fazem rodar os 
lóbulos, mantendo sempre uma parte dos seus perfis com espaço mínimo. A 
pressão diferencial entre a montante e a jusante aplicada aos lóbulos os faz girar, 
como é apresentado na Figura 22 [2,14]. 
A precisão desses medidores é da ordem de 0,2%. Os diâmetros variam entre 
2” e 24”. Atualmente, existem medidores de lóbulos com servo-comando da rotação 
que fazem rodar os lóbulos assim que uma pressão diferencial muito pequena 
aparece entre a montante e a jusante, minimizando, assim as fugas e aumentandoa 
precisão, que passa a ser da ordem de 0,02% [2,14]. 
 
Figura 22 - Medidor de Lóbulos [14]. 
 
 48
3.4 MEDIDORES EM CANAIS ABERTOS 
 
A maior parte das instalações para medição de vazão implicam em medições 
de vazão de fluidos que circulam através de tubulações fechadas, porém existe um 
número de aplicações cada vez maior, que precisam a medição de vazão de água 
através de canais abertos [14]. 
A medição de vazão em canais abertos está intimamente associada aos 
sistemas hidráulicos, de irrigação, tratamento de esgotos e resíduos industriais, 
processos industriais, etc. Em muitos casos, essa medição se depara com 
problemas, tais como: líquidos corrosivos, viscosos, extremamente sujos, espumas, 
etc. Devido à necessidade imperiosa de melhor controle na poluição dos rios, 
esgotos, os fatores: Precisão e Baixos custos de manutenção passaram a ser 
críticos na escolha de um sistema de vazão [1,14]. 
A medição de vazão em canais abertos necessita de um elemento primário 
que atue diretamente no líquido sob medição e produza uma altura de líquido 
variável, que é medida por um instrumento de nível. Assim sendo, conhecida a área 
de passagem do fluido (determinada pelo perfil do dique) a altura do líquido sobre o 
bordo inferior do dique, é transformada em unidades de peso ou volume, segundo o 
requerido. 
O elemento primário mais utilizado é a calha Parshall cuja faixa de medição 
varia de 0 a 2.000 m³/min [14]. 
 
3.4.1 Calha Parshall 
 
Nas calhas, o escoamento do líquido sofre uma contração, produzida pelas 
paredes laterais ou pela elevação do fundo do canal, ou ambos. Uma característica 
comum destas calhas é a formação de uma onda de refluxo próximo à saída. Ela se 
divide em três partes: seção convergente, seção estrangulada (garganta) e seção 
divergente. O fluido é tranqüilizado em sua seção convergente, onde os efeitos da 
velocidade são praticamente eliminados, fazendo com que sua precisão seja de ± 
3% [1,14]. 
 
 49
 
Figura 23 – Calha Parshall [25]. 
 
 50
4 MEDIÇÃO DE VAZÃO DE GÁS UTLIZANDO PLACAS DE ORIFÍCIO 
CONCÊNTRICAS 
 
 
 Neste capítulo será realizado um estudo sobre placas de orifício concêntricas 
para a medição de vazão de gases. Será descrito sua geometria, os tipos de 
tomadas de pressão diferencial, e seus respectivos limites de aplicação, as formas 
de instalação ao elemento secundário de medição (neste caso o Transmissor de 
Pressão Diferencial). Todo o estudo será baseado na norma NBR ISO 5167. 
 
4.1 SIMBOLOGIAS 
 
 Para o melhor entendimento do estudo da placa de orifício é necessária a 
descrição de alguns símbolos, conforme apresentado na Tabela 01. 
 
Tabela 01 – Simbologias. 
Símbolo Grandeza Unidade (SI) 
C Coeficiente de descarga - 
d Diâmetro do orifício da placa mm 
D Diâmetro interno da tubulação a montante (1) mm 
β 
Relação de diâmetros 
D
d
=β - 
l 
O espaçamento de uma tomada de pressão é a 
distância entre a linha de centro de uma tomada de 
pressão e o plano de uma face especificada da placa 
de orifício 
l
mm 
L 
Espaçamento relativo das tomadas de Pressão 
D
lL = - 
ε Fator de expansão isentrópica - 
CvCpk /= Expoente isentrópico (2) - 
P Pressão estática absoluta do fluido Pa 
PΔ Pressão diferencial Pa 
mQ Vazão mássica kg/s 
vQ Vazão volumétrica m³/s 
MS Fator de dimensionamento do orifício - 
N Número para adequação de unidade - 
aF Fator de expansão térmica, praticamente igual a 1 - 
γ Densidade do gás Kg/m³ 
DR Número de Reynolds referente ao D - 
dR Número de Reynolds referente ao d - 
 
 51
(1) A montante = antes do elemento primário; representado em fórmulas com o subscrito 1; A jusante 
= depois do elemento primário; representado em fórmulas com o subscrito 2. 
(2) Este valor depende da natureza do gás 
Fonte: [26]. 
 
4.2 PLACA DE ORIFÍCIO CONCÊNTRICA 
 
 A placa de orifício concêntrica é aplicada na medição de vazão de líquido 
limpos (sem arraste de sólidos) e de baixa viscosidade, da maioria dos gases e do 
vapor d’água em baixa velocidade. Consiste de uma pequena chapa de espessura 
fina, que varia em função do diâmetro da tubulação e da pressão da linha, com 
espessura entre 1/4” até 3/8”, é circular, plana com um furo de cantos vivos, como 
ilustrado na Figura 24. 
 
Figura 24 – Placa de Orifício concêntrica [26]. 
 
As placas de orifício são instaladas na tubulação entre flanges (acessório 
empregado para interligar, neste caso, a placa com trechos de tubulação), como 
exemplificado na Figura 25. 
 
 
 52
 
Figura 25 – Placa de orifício instalada entre flanges [24]. 
 
A escolha do material com o qual a placa será confeccionada depende do 
fluido de processo que estará em contato com a mesma, deve-se levar em 
consideração principalmente a característica de corrosão do fluido. Os materiais 
mais comuns são: aço carbono, aço inoxidável, monel e bronze [10]. 
 
4.3 TOMADAS DE PRESSÃO 
 
As tomadas de pressão são definidas como furos realizados no flange ou na 
tubulação, com o objetivo de captar a pressão diferencial gerada pela placa de 
orifício. O responsável por captar este sinal é o transmissor de pressão diferencial, 
que será explicado mais adiante neste capítulo. É necessária a instalação de 
tomadas de pressão a montante (tomada de alta pressão) e a jusante (tomada de 
baixa pressão), da placa de orifício [12]. 
Os espaçamentos entre as tomadas e a placa de orifício utilizam os seguintes 
símbolos: 
• 1l , espaçamento entre a face a montante da placa e a linha de centro da 
tomada a montante; 
• 2l , espaçamento entre a face a montante da placa e a linha de centro da 
tomada a jusante; 
• '2l , espaçamento entre a face a jusante da placa e a linha de centro da 
tomada a jusante; 
 
A norma NBR ISO 5167 define as seguintes disposições das tomadas de 
pressão: 
 
 53
• Nos flanges, (flange taps); 
• A uma distância D e ½ D, (radius taps); 
• Nos cantos (Corner taps). 
 
4.3.1 Tomadas nos flanges (flange taps) 
 
 As tomadas nos flanges são as mais utilizadas. Os flanges para placas de 
orifício, já são construídos com furos das tomadas. As vantagens das tomadas nos 
flanges são [1,14]: 
• Podem ser facilmente inspecionadas, dada sua localização próxima à face 
do flange; 
• Sendo os flanges fornecidos com as tomadas usinadas, todas as 
precauções quanto à eliminação de rebarbas já devem ter sido tomadas, 
evitando assim erros de medição. 
 
Os espaçamentos e são nominalmente 1” (25,4 mm), como representado 
na Figura 26. 
1l 2l
 
Figura 26 – Tomadas nos flanges [14]. 
 
 As tolerâncias destas distâncias são: 
• ± 0,5 mm para β > 0,6 e D ≤ 150 mm; 
• 1 mm para os demais casos. 
 
 
 54
4.3.2 Tomadas a uma distância D e ½D (radius taps) 
 
 São tomadas executadas na parede do tubo. O espaçamento é 
nominalmente igual a D enquanto o espaçamento é nominalmente igual a ½ D, 
como representado na Figura 27 [12]. 
1l
2l
 
Figura 27 – Tomadas a uma distãncia D e ½D [14]. 
 
 As tolerâncias são: 
• 0,9 D ≤ 1l ≤ 1,1d; 
• 0,48 D ≤ 2l ≤ 0,52D para β ≤ 0,6; 
• 0,49 D ≤ 2l ≤ 0,51D para β > 0,6. 
 
Este tipo de tomada pode ser usada quando se deseja instalar uma placa de 
orifício entre flanges já existentes. Na prática a sua utilização só é possível para 
tubos de diâmetro nominal maior ou igual a 8” (203 mm) [12]. 
 
4.3.3 Tomadas de cantos (coner taps) 
 
 As tomadas de canto são constituídas nos flanges da placa e são usadas 
principalmente para tubos com diâmetro menor que 2” (50 mm). A tomada de 
pressão é realizada através de uma estreita passagem concêntrica entalhada na 
face do flange, como ilustrado na Figura 28. Sua vantagens são as mesmas das 
tomadas nos flanges, porem são mais sujeitas a entupimentos que as mesmas. 
 
 55
 
Figura 28 – Tomadas de cantos [14]. 
 
4.4 LIMITES DE UTILIZAÇÃO 
 
As placas de orifício concêntricas podem ser utilizadas de acordo com a 
norma NBR ISO 5167 somente sob as condiçõesdescritas a seguir. 
 
4.4.1 Limites de uso para placas de orifício concêntricas com tomadas nos 
flanges 
• d ≥ 12,5 mm (0,5”); 
• 50 mm (2”) ≤ D ≤ 1000 mm (40”); 
• 0,2 ≤ β ≤ 0,75; 
• RD ≥ 1260 D⋅⋅ ²β . 
 
4.4.2 Limites de uso para placas de orifício concêntricas com tomadas a 
distância D e ½ D 
• d ≥ 12,5 mm (0,5”); 
• 50 mm (2”) ≤ D ≤ 1000 mm (40”); 
• 0,2 ≤ β ≤ 0,75; 
• RD ≥ 1260 D⋅⋅ ²β . 
 
 56
4.4.3 Limites de uso para placas de orifício concêntricas com tomadas de 
canto 
• d ≥ 12,5 mm (0,5”); 
• 50 mm (2”) ≤ D ≤ 1000 mm (40”); 
• 0,2 ≤ β ≤ 0,75; 
• RD ≥ 5000 para 0,2 ≤ β ≤ 0,45; 
• RD ≥ 10000 para β ≥ 0,45. 
 
4.5 COEFICIENTE DE DESCARGA CONFORME NBR ISO-5167 
 
 A NBR ISO 5167 fornece a seguinte equação, conhecida como equação de 
stolz, para o coeficiente de descarga de placa de orifício concêntrica: 
 
32'0337,041
4
10900,0
75,06105,20029,081840,01,20312,05959,0
β
β
β
βββ
⋅⋅−
−
⋅⋅+
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
⋅⋅+⋅−⋅+=
LL
RD
C
 (16) 
 
Nota: quando 1L > 0,4333, usar 0,039 como coeficiente de 4
4
1 β
β
−
, caso 
contrário utilizar o valor nominal. 
Em que: 
• Dl , é o quociente do comprimento da tomada de pressão a 
montante a partir da face a montante da placa e o diâmetro da tubulação; 
L /11 =
• Dl , é o quociente do comprimento da tomada de pressão a jusante 
a partir da face a jusante da placa e o diâmetro da tubulação; 
L /' 22 =
 
A equação descrita anteriormente aplica-se ao dimensionamento de placas de 
orifício que utilizem tomadas de pressão relacionadas no item 4.4. 
De acordo com a NBR ISO 5167, os valores de 1L e 2'L são: 
• Para tomadas no flange: 1L = 2'L = 25,4/D; em que D está em mm; 
• Para tomadas D e ½ D: 1L = 1 mm, 2'L = 0,47 mm; 
 
 57
• Para tomadas de canto: 1L = 2'L = 0. 
 
4.6 DIMENSIONAMENTO DE UMA PLACA DE ORIFÍCIO 
 
Atualmente, o dimensionamento da placa de orifício é feito através de 
softwares. No capitulo 5 deste trabalho é realizado um estudo de caso sobre a 
aplicação de placa de orifício para medição de vazão de gás, onde o 
dimensionamento da placa é realizado através do software INSTRUCALC®, que 
utiliza como base dos seus cálculos a norma NBR ISO 5167. 
Em geral, o cálculo de uma placa de orifício se destina a encontrar o diâmetro 
do orifício (d), partindo da vazão a ser medida, dos parâmetros do fluido, das 
características da tubulação e de uma pressão diferencial estimada conforme Tabela 
02 a seguir: 
 
Tabela 02 – Esquema de dimensionamento de uma placa de orifício. Cálculo do diâmetro d. 
Dados de Entrada Valor calculado 
• Diâmetro da tubulação (D); 
• O PΔ a ser gerado; 
• Vazão normal e máxima; 
• Dados do fluido, tais como: peso 
molecular, viscosidade, densidade; 
• Condições do processo tais como: 
temperatura de operação, pressão. 
 
 
 
 
• β d 
 
 
Fonte: [14] 
 
Em outros casos, mais raros, o cálculo pode ser feito em sentido contrário, 
conforme Tabelas 03 e 04 a seguir: 
 
 58
Tabela 03 – Esquema de dimensionamento de uma placa de orifício. Cálculo do diferencial de 
pressão. 
Dados de Entrada Valor calculado 
• Diâmetro da tubulação (D); 
• β d 
• Vazão normal e máxima; 
• Dados do fluido, tais como: peso 
molecular, viscosidade, densidade; 
• Condições do processo tais como: 
temperatura de operação, pressão. 
 
 
• O PΔ a ser gerado; 
 
 
Fonte: [14] 
 
Ou ainda, 
 
Tabela 04 – Esquema de dimensionamento de uma placa de orifício. Cálculo da vazão máxima. 
Dados de Entrada Valor calculado 
• Diâmetro da tubulação (D); 
• β d 
• O PΔ a ser gerado; 
• Dados do fluido, tais como: peso 
molecular, viscosidade, densidade; 
• Condições do processo tais como: 
temperatura de operação, pressão. 
 
 
• Vazão máxima; 
 
 
Fonte: [14] 
 
A seguir os passos para o dimensionamento de uma placa de orifício, para 
utilização com gás [10, 26]: 
 
1º Passo: 
Obtenção dos dados de processo, tais como vazão, pressão, temperatura do 
processo, densidade e viscosidade do fluido, através da equipe de engenharia 
básica, normalmente composta por engenheiros químicos; 
 
 59
2º Passo: 
Calcular o número de Reynolds na vazão máxima e não condições normais 
(operacionais), para que ele seja maior que os mínimos especificados. Para o 
cálculo do número de Reynolds utilizar a equação (9); 
 
3º Passo: 
 Calcular o fator de dimensionamento do orifício ( MS ) nas vazões máxima e 
nas condições normais de operação: 
Considerando-se a vazão mássica para gases, o fator de dimensionamento é: 
 
PDFN
QS
a
m
M
Δ⋅⋅⋅⋅
=
γ²
 (17) 
 
Considerando-se a vazão volumétrica para gases, o fator de 
dimensionamento é: 
 
PDFN
QS
a
v
M
Δ⋅⋅⋅
⋅
=
²
γ
 (18) 
 
4º Passo: 
Calcular o valor de 0β : 
 
25,02
1
−
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎣
⎡
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛ ⋅+=
MS
Cεβ (19) 
 
Em que o valor de ε é calculado através da equação (12). Considerar 0,6 
como valor inicial para C. 
 
5º Passo: 
Calcular o coeficiente de descarga, considerando o número de Reynolds 
infinito. Utilizar a equação (16) para calcular Cinf. 
 
 
 60
 
6º Passo: 
Calcular o real coeficiente de descarga (C): 
 
n
DR
bCC += inf (20) 
Em que tipicamente n é igual a 0,75 e b é igual: 
 
5,271,91 β⋅=b (21) 
 
7º Passo: 
Repetir os cálculos a partir do item 4 até que o valor de β difiram menos que 
0,0001; 
 
8º Passo: 
Calcular o diâmetro do orifício: 
 
Dd ⋅= β (22) 
 
4.7 TRANSMISSOR DE PRESSÃO DIFERENCIAL 
 
 O transmissor de pressão diferencial é o responsável por realizar a leitura na 
pressão diferencial gerada pela placa de orifício, e converter esta leitura no 
correspondente valor de vazão. No item 4.7.2 é apresentado às formas de instalação 
do transmissor de pressão diferencial, para o caso de medição de vazão de gases. 
Os modernos transmissores de pressão diferencial empregados na medição 
de vazão com placas de orifício, independentemente da tecnologia utilizada para o 
transdutor, possuem algumas características comuns, a seguir destacadas [1]: 
• Precisão de %04,0± do valor medido; 
• Suportam elevadas pressões estáticas, com um padrão de 153 kgf/cm²; 
• Podem suportar elevadas sobrepressões diferenciais. Muitas vezes, 
possível aplicar a pressão estática de um único lado da célula do 
transdutor, sem danificá-lo; 
 
 61
• O transdutor é colocado numa célula, separado do fluido por duas 
membranas, sendo o espaço interno preenchido por um fluido de 
enchimento, que pode ser: óleo, silicone ou outro fluido apropriado; 
• Possuem correção interna de temperatura e de pressão estática, quando 
essas variáveis influem na exatidão da transdução. 
 
O transdutor de pressão diferencial mais produzido nos últimos 25 anos é o 
tipo capacitivo, mas outras tecnologias são utilizadas, tais como [1]: 
• Sensor extensométrico; 
• Piezorresistores; 
• Silício ressonante. 
 
4.7.1 Princípio de funcionamento 
 
 Segue a descrição do funcionamento de um transmissor de pressão 
diferencial, composto por um transdutor tipo capacitivo. A Figura 29 representa um 
esquema de uma célula capacitiva [27]. 
 
Figura 29 – Esquema de uma célula capacitiva [27]. 
 
No centro da célula está o diafragma sensor (1). Este diafragma flexiona-se 
em função da diferença de pressões aplicadas ao lado direito e esquerdo da célula. 
Essas pressões são aplicadas diretamente aos diafragmas isoladores (2). A pressão 
é diretamente transmitida ao diafragma sensor através do fluido de enchimento (3), 
provocando a sua deflexão [27]. 
 
 62
O diafragma sensor é um eletrodo móvel. As duas superfícies metalizadas (4) 
são eletrodos fixos. A deflexão do diafragma sensor é percebida através da variação 
da capacitância entre os dois eletrodos fixos e o móvel [27]. 
O circuito eletrônico ressonante, apresentado na Figura 29, lê a variação da 
capacitância entre a placa móvel e a fixa. A unidade central