Correlação de Nusselt para uma placa de orifício aquecida em escoamento de gás úmido
Nome: ALEXANDRE DE OLIVEIRA E OLIVEIRA
Data de publicação: 25/02/2026
Resumo: A medição de vazão é crítica em processos industriais, especialmente no setor de óleo e gás, no qual incertezas elevadas em medições fiscais resultam em perdas econômicas. Entre os dispositivos mais utilizados destaca-se a placa de orifício. Apesar de se mostrar eficiente para escoamentos monofásicos, a presença de líquido no gás (até XLM = 0.3), caracterizando o gás úmido, compromete a precisão e gera um erro conhecido como overreading. Para minimizar esse erro, apresenta-se uma configuração modificada de placa de orifício, que consiste em anexar uma resistência elétrica na parede da placa e, por meio dela, incorporar medições de temperatura em sua superfície, permitindo avaliar os mecanismos de transferência de calor por condução e convecção forçada em escoamentos bifásicos. A análise foca na relação entre o coeficiente convectivo e o Número de Nusselt,
considerando sua dependência de parâmetros adimensionais como o Número de Froude e o parâmetro de Lockhart-Martinelli. Os resultados obtidos via CFD evidenciam que o estrangulamento do escoamento gera uma região de vena contracta, intensifica a velocidade central e cria zonas de recirculação que influenciam a transferência de calor na placa. A variação de velocidade intensifica gradientes térmicos e reduz a temperatura média interna do dispositivo, enquanto a fase líquida introduz assimetrias térmicas entre as porções superior e inferior, especialmente em baixas velocidades. Propôs-se uma correlação generalista para o Número de Nusselt em função de Froude e Lockhart-Martinelli, obtida por modelagem paramétrica hierárquica não linear. O modelo apresentou excelente ajuste aos dados numéricos, com baixos erros e elevados coeficientes de determinação, apresentando R2 > 0.99, demonstrando potencial para aplicação em métodos alternativos de medição de vazão de gás úmido.
Palavras-chave: Medição de vazão; Gás úmido; Placa de orifício; Overreading; Transferência de calor; Número de Nusselt; CFD.
