Placa orificio
Consiste en una placa metálica delgada que se perfora en el centro y se instala en la tubería. Se hacen luego dos tomas de presión, una aguas arriba y otra aguas bajo de la placa, captando así la presión diferencial que es proporcional al caudal.
La figura F2 se muestra una placa orificio.
Figura F2. Placa orificio
En la figura F3 se muestra un corte de la placa orificio.
Figura F5. Placa orificio con orificio segmentado
Orificio excéntrico: Los orificios excéntricos permiten medir el flujo de fluidos que contengan una pequeña cantidad de sólidos y gases. En la figura F6 se muestra la placa de orificio excéntrico.
Figura F8. Instalación de la placa orificio
Tomas de presión
Las tomas de presión se hacen antes (aguas arriba) para la toma de alta presión y después de la placa (aguas abajo) para la toma de baja presión. A través de éstas se puede medir la presión diferencial que permite obtener el flujo. Los lugares donde se realizan las tomas de presiones son muy importantes pues de estos depende en gran parte el coeficiente de descarga C. Esto debido principalmente a la distribución de presiones dentro de la tubería, la cual se puede apreciar en la figura F8:
Figura F8. Distribución de presiones dentro de una tubería
Donde:
1: Presión en toma aguas arriba.
2: Presión en toma aguas abajo.
3: vena contracta.
4: Zona de toma de temperatura.
5: región de flujo secundario.
6: Termómetro.
7: Tomas de presión.
8: Distribución de presiones.
Δp: Diferencia de presiones.
Δw: Caída de presión.
El área de flujo varía en la longitud de la tubería, y con este la presión en la pared donde se realizan las tomas. Como la ecuación básica se basa en el área del agujero, de allí la importancia del coeficiente de descarga y su relación con la posición de las tomas de presión.
Existen diversas forma de hacer las tomas de presión, la norma ISO 5167 considera solo tres de ellas a saber:
Tomas en D y D/2.
Las tomas se hacen en la tubería a unas distancias fijas de 1 D antes de la placa orificio y ½ D después de la placa orificio. Existe sin embargo una tolerancia de 0,9 D a 1,1 D para la toma aguas arriba, de 0,48D a 0,52D para la toma aguas abajo si β < 0,6 y de 0,49 D a 0,51 D si β > 0,6.
Tomas en las bridas (flange taps).
Se usan con más frecuencia porque es una de las configuraciones más simple y no es necesario perforar la tubería. La toma de alta presión (H) se localiza 1 pulgada (25,4 mm) antes de la placa y de la baja presión (L) 1 pulgada (25,4 mm) después de la placa. Con una tolerancia de ± 0,5 mm cuando β > 0,6 y D < 150 mm y de ± 1 mm en otros casos.
En los dos casos anteriores el diámetro del agujero de las tomas debe ser inferior a 0,13 D e inferior a 13 mm. En la figura F9 se muestra la toma en la brida.
Figura F3. Corte esquemático de la placa Orificio
A continuación se detalla el significado de cada letra, número o símbolo de la figura:
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1: Cara aguas arriba del flujo. Debe poseer tratamiento superficial para que la rugosidad sea muy leve, con el fin de no afectar mucho el flujo por fricción, Ra<10^4 d.
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2: Cara aguas abajo del flujo.
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a: Dirección del flujo.
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α: Angulo del chaflán que permite disminuir las pérdidas por fricción entre el fluido y la pared de la placa. Su valor debe ser de aproximadamente 45º ± 15º.
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e: Espesor de la cara de la placa en contacto con el fluido. Su valor debe estar comprendido entre 0,005D y 0,02D.
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E: Espesor de la placa. Su valor debe estar entre e y 0,05D.
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ØD: Diámetro de la tubería.
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Ød: Diámetro del orificio de la placa. Su valor debe ser en todo caso superior a 12,5 mm. La relación de diámetro β = d / D debe estar comprendida entre 0,1 < β < 0,75.
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G: Chaflán de contacto con un radio inferior a 0,0004d.
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H e I: Chaflanes de salida, no requieren tanta precisión como G.
Se conocen tres formas de hacer orificio en la placa.
Orificio concéntrico: Se utiliza cuando el fluido es limpio, cuando el fluido a medir es un líquido con gases ó cuando es un gas o un vapor con líquido, la placa posee un pequeño orificio en la parte superior o inferior, esta configuración se muestra en la figura F4.
Figura F4. Placa orificio con orificio concéntrico
La norma ISO-5167 se refiere solo a orificios concéntricos.
El pequeño agujero que aparece en la placa se usa para evitar que se acumulen líquidos o gases en la tubería.
Orificio segmentado: El área del orificio segmentado es equivalente al área del orificio concéntrico. Se usa cuando se requiere eliminar el estancamiento de materiales extraños, instalándose con la secante horizontal y con su sección curva coincidiendo con la superficie inferior de la tubería. Es muy usada para medir vapor húmedo, líquidos con sólidos en suspensión o aceites con agua cuando la medición se hace en tubería horizontal. En la figura F5 se muestra esta configuración de la placa orificio.
Figura F6. Placa orificio con orificio segmentado
La norma ISO-5167 se refiere solo a orificios concéntricos.
El pequeño agujero que aparece en la placa se usa para evitar que se acumulen líquidos o gases en la tubería.
Instalación de la placa en la tubería
Ordinariamente la placa queda sostenida en la tubería por dos bridas, cada una de las cuales está unida a la parte correspondiente de la tubería. Entre las placas y las bridas se usan empacaduras para sellar los escapes de fluido. Los diferentes tipos de brida difieren en la forma como la placa queda sostenida. En la figura F7 se muestra un ejemplo la instalación de la placa orificio.
Figura F9. Tomas en la brida