Tobera de flujo.
Figura F15. Tobera de flujo
Tobera ISA-1932:
En la figura F16 se muestra la tobera ISA, donde las tomas de presión se realizan siempre en las esquinas, de forma muy similar a las placas orificio.
El radio de circunferencia R1 es igual a 0,2d +/-0,02d para B<0,5 y 0,2d +/- 0,006d para B>=0,5. El centro de la circunferencia se ubica a 0,75d de la línea de eje central y a 0,2d de la cara de la tobera
Figura F16. Tobera ISA
Límites de uso de las normas ISO-5167 para toberas ISA-1932.
Las normas ISO-5167 se pueden utilizar siempre que se cumplan las condiciones siguientes:
-
50mm ≤ D ≤ 500mm.
-
0,3 ≤ β ≤ 0,8.
-
7x10^4 ≤ Re(D) ≤ 10^7 para 0,3 ≤ β ≤ 0,44.
-
2x10^4 ≤ Re(D) ≤ 10^7 para 0,44 ≤ β ≤ 0,80.
La rugosidad relativa de la tubería aguas arriba debe ser inferior a los valores indicados en la tabla F4.
Tabla F4. Rugosidad relativa de la tubería
(F27)
Factor de expansión ε
Se puede calcular con la expresión empírica F28:
(F28)
Esta ecuación es aplicable siempre y cuando P2/P1 >= 0,75
Donde:
k: Coeficiente isentripico.
τ: : Constante que se calcula mediante la expresión F29:
(F29)
Donde:
P1: Presión aguas arriba de la placa (bar).
Pd: Presión diferencial (bar).
Toberas de radio largo
Existen dos tipos de toberas de radio largo:
-
Toberas de gran relación de diámetro 0,25 β ≤ 0,80 (Higth ratio).
-
Toberas de baja relación de diámetro 0,20 β ≤ 0,50 (Low ratio).
En ambos casos la parte convergente de la tobera consiste en un cuarto de elipse como se muestra en la figura F17.
Figura F17. Tobera de radio largo
Límites de uso de las normas ISO-5167 para toberas de radio largo
Las normas ISO-5167 se pueden utilizar siempre que se cumplan las condiciones siguientes:
-
50 mm ≤ D ≤ 630m
-
0,2 ≤ β ≤ 0,8
-
104 ≤ Re(D) ≤ 107
-
La rugosidad de la tubería aguas arriba: Ra/D ≤ 3,2x10-4.
-
2x104 ≤ Re(D) ≤ 107 para 0,44 ≤ β ≤ 0,80
Coeficiente de descarga C
Se obtiene en las toberas mediante la ecuación F30:
(F30)
Factor de expansión ε
Se puede calcular con la expresión empírica F26.
Las ventajas y desventajas que se obtienen al usar una tobera son:
Ventajas:
-
Gran exactitud, del orden ± 0,9 a ± 1,5 %.
-
El mantenimiento que se requiere es mínimo.
-
Para un mismo diferencial de presión, el flujo que pasa es 1,3 veces mayor que el pasaría por una placa de orificio.
Desventajas:
-
Alto costo De 8 a 16 veces mayor que el valor de una placa de orificio.
-
Su instalación es más complicada que la de una placa de orificio.
Toberas Venturi
La tobera Venturi es una tobera cuya parte convergente es idéntica a las toberas ISA 1932 y donde se le ha agregado una parte divergente similar a la de los tubos Venturi, tal como se aprecia en la figura F18.
Figura F18. Tobera Venturi
El ángulo de la sección divergente debe ser inferior o igual a 30º.
Las tomas de presión en estos elementos se realizan en las esquinas aguas arriba en forma similar a una tobera y en la mitad de la sección cilíndrica de la garganta para la toma de baja presión aguas abajo, como se muestra en la figura F19.
Figura F19. Tomas de presión en la tobera Venturi
Límites de uso de las normas ISO-5167 para toberas Venturi
Las normas ISO-5167 se pueden utilizar siempre que se cumplan las condiciones siguientes:
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65 (mm) ≤ D ≤ 500 (mm).
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d ≥ 50 (mm).
-
0,316 ≤ β ≤ 0,775.
-
1,5x10^5 ≤ Re (D) ≤ 2x10^6.
La rugosidad relativa de la tubería aguas arriba debe ser inferior a los valores indicados en la tabla F5:
Tabla F5. Rugosidad relativa en tuberías
Coeficiente de descarga C
Se obtiene en las toberas mediante la ecuación F31:
(F31)
Factor de expansión ε
Se puede calcular con la expresión empírica F26.
Aplicaciones
Estos instrumentos se utilizan en aplicaciones donde el fluido trae consigo sólidos en suspensión, aunque si estos son abrasivos pueden afectar la precisión del instrumento.
La tobera consiste en una entrada de forma cónica y restringida mientras que la salida es una expansión abrupta. En este caso la toma de alta presión se ubica en la tubería a 1 diámetro de la entrada aguas arriba y la toma de baja presión se ubica en la tubería al final de la garganta.
Este tipo de sensor de flujo permite flujos hasta 60% superiores a los de la placa orificio, Su pérdida de carga es del 30% al 80% de la presión diferencial. En la figura F15 se muestra la tobera de flujo.
Coeficiente de descarga C
Se obtiene en las toberas mediante la ecuación F27: