Medidor de orificios: Definición, Construcción, Trabajo, Experimento, Derivación, Fórmula, Ventajas, Aplicación [Notas y PDF]
El medidor de orificios es un tema de maquinaria de fluidos y es un dispositivo que se utiliza para medir el caudal o la velocidad promedio del fluido que fluye (Líquido o gases) en una tubería.
Aquí se utiliza la placa de orificio para la restricción en la dirección del flujo de fluido. Por lo tanto, el proceso de restricción también lo llamamos Placa de orificio. El efecto de restricción provoca caídas de presión del fluido que fluye.
La caída de presión se asocia con la velocidad del fluido que fluye o la velocidad promedio del fluido.
Ahora veamos la definición,
Tabla de Contenidos
Definición de medidor de orificio:
El medidor de orificio o la placa se pueden definir como el dispositivo en Mecánica de fluidos y maquinaria que se utiliza para medir la velocidad del fluido que fluye o, en otros términos, la velocidad promedio. El medidor de orificio o placa funciona según el principio del teorema de Bernoulli y es que la suma de toda la energía en un punto es igual a la suma de toda la energía en el punto 2.
Medidor de orificios o Tipos de Placa:
Hay 4 tipos diferentes que incluyen Placa de Orificio Excéntrica, Cónica, de Borde Afilado, Segmentaria y Cuadrante.
Placa de orificio excéntrico:
Se utiliza para medir fluidos que transportan pequeñas cantidades de o gases con pequeñas cantidades de sólidos líquidos y no abrasivos. Tiene una abertura redonda (orificio) tangente a la pared interior de la tubería.
Placa de orificio cónico:
La placa de orificio de borde cónico es útil para números de Reynolds inferiores. Tiene un bisel de 45° orientado aguas arriba hacia la corriente que fluye.
Placa de orificio segmentaria:
La placa segmentaria también se utiliza para medir fluidos líquidos o gases que transportan impurezas no abrasivas, como lodos ligeros o gases excepcionalmente sucios.
Placa de orificio cuadrante:
Este orificio se utiliza para fluidos de alta viscosidad.
Ahora en construcción,
Construcción o Piezas del medidor de orificios:
El medidor de orificios Consta de las siguientes cuatro partes:
- Aspiración de entrada
- Placa de orificio
- Acondicionador de flujo y Sección de salida
Sección de entrada:
El nombre sección de entrada significa que el fluido entrará en el medidor de orificios a través de la sección de entrada.
Placa De Orificio:
La placa de orificio está situada entre la entrada y la salida y la placa se utiliza para generar una caída de presión que permitirá el caudal. La construcción de la placa de orificio: Es de tamaño delgado y tiene un orificio desde el que pasará el agua.
Acondicionador de flujo:
El acondicionador de flujo se utiliza para aumentar el flujo lineal en la sección de entrada del tubo del medidor. El acondicionador de flujo se instala casi en la sección de entrada del tubo del medidor.
Sección de salida:
Ahora, aquí en la sección de salida, se está descargando y determinando la presión del fluido.
Principio de funcionamiento del medidor de orificios:
El funcionamiento del medidor de orificios se basa en el principio de la ecuación de Bernoulli.
Como puede ver en el diagrama, hay una tubería en la que el fluido pasa de un lado a otro que es una entrada a salida. El manómetro se adjunta aquí para medir las diferencias de presión entre dos puntos.
Ahora colocamos una placa de orificio de tamaño delgado y con un pequeño orificio intermedio a través del cual pasará el líquido. Ahora, cuando los aumentos en la velocidad, la disminución en la presión y es viceversa.
El lugar de la placa de orificio en la tubería solo determina el caudal o la descarga en ese punto solamente. La descarga se puede calcular mediante la fórmula y eso se explicará en la sección de derivación.
Coeficiente hidráulico del medidor de orificios:
Hay cuatro coeficientes hidráulicos del medidor de orificios y esos son:
- Coeficiente de Contracción
- Coeficiente de Velocidad
- Coeficiente de Resistencia
- Coeficiente de Descarga
Coeficiente de contracción:
El coeficiente de contracción se puede definir como la relación entre el área del chorro en vena contracta y el área del orificio.
Coeficiente de velocidad:
El coeficiente de descarga se puede definir como la relación de la velocidad real del chorro en vena contracta a la velocidad teórica del chorro.
Coeficiente de Resistencia:
El coeficiente de resistencia se puede definir como la relación entre la pérdida de cabeza en el orificio y la cabeza de agua disponible a la salida del orificio.
Coeficiente de descarga:
El coeficiente de descarga se puede definir como la relación entre Qact (descarga real) y Qthe (descarga teórica).
Ahora nuestro tema principal derivación,
Derivación o Experimento del Medidor de orificios:
Como se puede ver en el diagrama,
d1= Diámetro de la sección de entrada
P1= Presión de la sección de entrada
v1= Velocidad de la sección de entrada del fluido
A1= Área de la sección de entrada
d2= Diámetro de la sección de salida
P2= Presión de la sección de salida
v2= Velocidad de la sección de salida del fluido
A2= Área de sección de salida
Cd= Coeficiente de descarga
Hay algunas suposiciones para derivar la descarga del medidor de orificio y es
- El fluido debe ser ideal
- Irritación por flujo de fluido. constante y continua
- La superficie interna debe ser sin fricción
Teroma de Bernoulli: En un ideal que es un fluido incompresible, la suma de toda la energía de presión, energía cinética y energía potencial es igual en la sección 1 será la misma que en la sección 2
Ahora aplicando la ecuación de Bernoulli en este punto 1 y 2:
Aquí h es la cabeza diferencial.
Y A0 es el área del orificio y Cc es el coeficiente de contracción. Cc = A2 / A0
Ahora la ecuación de continuidad que es A1v1 = A2v2
Por lo tanto, la descarga es,
Si Cd es el coeficiente de descarga para el medidor de orificios, entonces,
Ahora la ecuación anterior usaremos el valor Cc en la descarga Q, por lo tanto, obtendremos el valor de descarga es,
Aquí el valor del Cd será bajo en comparación con el valor del Cd del Venturímetro.
Fórmula del medidor de orificios:
De la siguiente fórmula, puede calcular fácilmente la descarga real del medidor de orificios.
Especificación del medidor de orificio:
La especificación del medidor o placa de orificio es:
- La longitud del orificio puede ser de 10 mm a 800 mm.
- El diámetro de la placa del orificio puede ser 0,5 veces el diámetro de la tubería, aunque puede variar de 0,4 a 0,8 veces.
- Temperatura de funcionamiento de hasta 800 grados centígrados.
- La presión de funcionamiento es de hasta 400 bar.
Ventajas del medidor de orificios:
Las siguientes ventajas del medidor de orificios son:
- El medidor de orificios es muy barato en comparación con otros medidores de flujo como el medidor de venturi, etc.
- La posibilidad de dirección puede ser vertical, horizontal e inclinada.
- El espacio requerido para la instalación es menor.
- Por lo general es lo suficientemente delgado como para caber entre una tubería existente.
- El costo de mantenimiento es bajo.
- Ofrece muy menos caída de presión.
- La construcción y el diseño de este medidor de orificios son muy simples.
- Es capaz de determinar una amplia gama de caudales que las principales ventajas.
Desventajas del medidor de orificios:
Las siguientes desventajas del medidor de orificios son:
- Debido a las limitaciones en la longitud de la vena contracta, la presión mínima para leer el flujo a veces es difícil.
- En el medidor de Venturi, se puede recuperar la presión aguas abajo. Pero en el medidor de orificios, la presión aguas abajo no se puede recuperar en los medidores de orificios.
- Requiere una sola fase de líquido.
- La precisión del orificio puede verse afectada por la viscosidad, la densidad y la presión del fluido.
- Requiere un tubo recto para una buena precisión y precisión.
- La pérdida total de carga del 40% al 90% de la presión diferencial.
- El coeficiente de descarga obtenido es bajo.
Aplicación de medidor de orificios:
La aplicación principal del orificio se utiliza en varios lugares para medir caudales, como Plantas de Tratamiento de Agua, Gas Natural, Petroquímicos, Plantas de Filtración de Aceite y Refinerías.
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