en un dispositivo de medición de caudal basado en la ecuación de Bernoulli, la presión aguas abajo después de una obstrucción será menor que la presión aguas arriba antes. Para entender los medidores de orificio, boquilla y venturi es necesario explorar la ecuación de Bernoulli.,vation (m, in)

asumiendo perfiles de velocidad uniformes en el flujo ascendente y descendente – la ecuación de continuidad se puede expresar como

q = v1 A1 = v2 A2 (2)

donde

q = Caudal (m3/s, in3/s)

a = área de flujo (m2, in2)

combinando (1) y (2), asumiendo A2 < A1, da la ecuación «ideal»:

q = A2 1/2 (3)

para una geometría dada (a), el caudal se puede determinar midiendo la diferencia de presión p1 – p2.,

el caudal teórico q será en la práctica menor (2-40%) debido a las condiciones geométricas.,

la ecuación ideal (3) se puede modificar con un coeficiente de descarga:

q = cd A2 1/2 (3b)

donde

cd = coeficiente de descarga

El coeficiente de descarga cd es una función

área ratio = AVC / A2

donde

AVC = área en «vena contracta» (m2, in2)

«vena contracta» es el área mínima del chorro que aparece justo aguas abajo de la restricción., El efecto viscoso se expresa generalmente en términos del parámetro no dimensional Reynolds Number-Re.

debido al Benoulli y la ecuación de continuidad, la velocidad del fluido estará en su punto más alto y la presión en su punto más bajo en «Vena Contracta». Después del dispositivo de medición, la velocidad disminuirá al mismo nivel que antes de la obstrucción. La presión se recupera a un nivel de presión más bajo que la presión anterior a la obstrucción y agrega una pérdida de carga al flujo.,

La ecuación (3) se puede modificar con diámetros a:

La ecuación (4) se puede modificar a flujo másico para fluidos simplemente multiplicando con la densidad:

m = cd (π / 4) D22 ρ 1/2 (5)

donde

m = Flujo másico (kg/s)

al medir el flujo másico en gases, es necesario considerar la reducción de presión y el cambio en la densidad del fluido. La fórmula anterior se puede utilizar con limitaciones para aplicaciones con cambios relativamente pequeños en la presión y la densidad.,

la placa de orificio

El medidor de orificios consiste en una placa de orificio plana con un orificio circular perforado en ella. Hay un grifo de presión aguas arriba desde la placa del orificio y otro justo aguas abajo. Hay en general tres métodos para colocar los grifos. El coeficiente de un metro depende de la posición de los grifos.

  • Ubicación de la brida: ubicación del grifo a presión 1 pulgada aguas arriba y 1 pulgada aguas abajo desde la cara del orificio
  • ubicación de «Vena Contracta»: ubicación del grifo a presión 1 Diámetro de la tubería (interior real) aguas arriba y 0.3 A 0.,8 Diámetro de la tubería aguas abajo de la cara del orificio
  • Ubicación de la tubería-ubicación del grifo de presión 2.5 veces el diámetro nominal de la tubería aguas arriba y 8 veces el diámetro nominal de la tubería aguas abajo de la cara del orificio

El coeficiente de descarga – cd – varía considerablemente con los cambios en la relación de área y el número de Reynolds. Un coeficiente de descarga cd = 0.60 puede tomarse como estándar, pero el valor varía notablemente a valores bajos del número de Reynolds.

la recuperación de presión es limitada para una placa de orificio y la pérdida de presión permanente depende principalmente de la relación de área., Para una relación de área de 0.5, la pérdida de cabeza es de aproximadamente 70-75% del diferencial del orificio.

  • El medidor de orificios se recomienda para líquidos limpios y sucios y algunos servicios de lodo.
  • La rangeabilidad es de 4 a 1
  • La pérdida de presión es media
  • La Precisión típica es del 2 al 4% de la escala completa
  • El diámetro aguas arriba requerido es de 10 a 30
  • El efecto de viscosidad es alto
  • El costo relativo es bajo

ejemplo – flujo de orificio

se inserta un orificio con diámetro D2 = 50 mm Tubo de acero SCH 40 de 4″ con diámetro interior D1 = 102 mm., La relación de diámetro se puede calcular a

d = (50 mm) / (102 mm)

= 0.49

de la tabla anterior el coeficiente de descarga se puede estimar a aproximadamente 0.6 para un amplio rango del número de Reynolds.

si el fluido es agua con una densidad de 1000 kg/m3 y la diferencia de presión sobre el orificio es de 20 kPa (20000 Pa, N/m2), el flujo másico a través de la tubería se puede calcular desde (5) como

m = 0.6 (π / 4) (0.05 m)2 (1000 kg/m3) 1/2

= 7.7 kg/S

calculadora de orificios

la calculadora de orificios se basa en la EC., 5 y se puede utilizar para calcular el flujo de masa a través de un orificio.

cd – coeficiente de descarga

D2-Diámetro del orificio (m)

D1 – diámetro del tubo (m)

p1 – presión aguas arriba (Pa)

P2 – presión aguas abajo (Pa)

ρ – densidad del fluido (kg/m3)

¡Calculadora de carga!

valores típicos del orificio kV

  • Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos (ASME). 2001. Medición del flujo de fluido utilizando medidores de orificios de precisión de diámetro pequeño. ASME MFC-14M-2001.
  • International Organization of Standards (ISO 5167-1: 2003)., Medición del flujo de fluido por medio de dispositivos diferenciales de presión, Parte 1: placas de orificio, boquillas y tubos Venturi insertados en conductos de sección circular que funcionan llenos. Número de referencia: ISO 5167-1: 2003.
  • Organización Internacional de Normas (ISO 5167-1) Enmienda 1. 1998. Medición del flujo de fluido por medio de dispositivos diferenciales de presión, Parte 1: placas de orificio, boquillas y tubos Venturi insertados en conductos de sección circular que funcionan llenos. Número de referencia: ISO 5167-1: 1991 / Amd.1: 1998 (E).
  • American Society of Mechanical Engineers (ASME). B16.,36 – 1996-Bridas de orificio

El medidor Venturi

en el medidor venturi el fluido se acelera a través de un cono convergente de ángulo 15-20o y se mide la diferencia de presión entre el lado aguas arriba del cono y la garganta y proporciona una señal para la velocidad de flujo.

el fluido se ralentiza en un cono con un ángulo más pequeño (5 – 7o) donde la mayor parte de la energía cinética se convierte de nuevo en energía de presión. Debido al cono y la reducción gradual en el área no hay «Vena Contracta». El área de flujo es mínima en la garganta.,
La alta presión y la recuperación de energía hacen que el medidor venturi sea adecuado donde solo hay cabezales de presión pequeños disponibles.

se puede indicar como estándar un coeficiente de descarga cd = 0,975, pero el valor varía notablemente a valores bajos del número de Reynolds.

la recuperación de presión es mucho mejor para el medidor de venturi que para la placa de orificio.

  • El tubo venturi es adecuado para líquidos limpios, sucios y viscosos y algunos servicios de lechada.,
  • La rangeabilidad es de 4 a 1
  • La pérdida de presión es baja
  • La Precisión típica es del 1% del rango completo
  • longitud de tubería aguas arriba requerida 5 a 20 diámetros
  • El efecto de viscosidad es alto
  • El costo relativo es medio
  • Organización Internacional de Normas – ISO 5167-1:2003 placas, boquillas y tubos Venturi insertados en conductos de sección transversal circular que funcionan llenos. Número de referencia: ISO 5167-1: 2003.,
  • American Society of Mechanical Engineers ASME FED 01-Jan-1971. Medidores de fluidos su teoría y aplicación – Sexta Edición

la boquilla

Las boquillas utilizadas para determinar el caudal de fluido a través de tuberías pueden ser de tres tipos diferentes:

  • La Boquilla ISA 1932 – desarrollada en 1932 por la Organización Internacional de normalización o ISO. La boquilla ISA 1932 es común fuera de Estados Unidos.
  • La Boquilla de radio largo es una variación de la boquilla ISA 1932.,
  • La Boquilla venturi es un híbrido que tiene una sección convergente similar a la boquilla ISA 1932 y una sección divergente similar a un caudalímetro de tubo venturi.
  • La Boquilla de flujo se recomienda para líquidos limpios y sucios
  • La capacidad de rango es de 4 a 1
  • La pérdida de presión relativa es media
  • La Precisión típica es del 1-2% del rango completo
  • La longitud de la tubería aguas arriba requerida es de 10 a 30 diámetros
  • El efecto de viscosidad alto
  • El costo relativo es medio
  • de ingenieros mecánicos ASME fed 01-ene-1971., Medidores de fluidos su teoría y aplicación – Sexta Edición
  • Organización Internacional de Estándares – ISO 5167-1: 2003 Medición del flujo de fluidos por medio de dispositivos diferenciales de presión, Parte 1: placas de orificio, boquillas y tubos Venturi insertados en conductos de sección transversal circular que funcionan llenos. Número de referencia: ISO 5167-1: 2003.

ejemplo – flujo de queroseno a través de un medidor de Venturi

la diferencia de presión dp = p1 – p2 entre aguas arriba y aguas abajo es de 100 kPa (1 105 N/m2). La gravedad específica del queroseno es de 0,82.

El diámetro aguas arriba es 0.,1 m y el diámetro aguas abajo es 0.06 m.

La densidad del queroseno se puede calcular como:

ρ = 0.82 (1000 kg/m3)

= 820 (kg/m3)

  • densidad, peso específico y gravedad – una introducción y definición de densidad, peso específico y gravedad específica. Fórmulas con ejemplos.

aguas Arriba y aguas abajo de la zona puede ser calculado como:

A1 = π ((0,1 m)/2)2

= 0.00785 (m2)

A2 = π ((0,06 m)/2)2

= 0.,002826 (m2)

Teórico de flujo puede calcularse a partir de (3):

q = A2 1/2

q = (0.002826 m2) 1/2

= 0.047 (m3/s)

Para una diferencia de presión de 1 kPa (0,01×105 N/m2) – el teórico de flujo se puede calcular:

q = (0.002826 m2) 1/2

= 0.0047 (m3/s)

El flujo de masa se puede calcular como:

m = q ρ

= (0.0047 m3/s) (820 kg/m3)

= 3.,85 (kg/s)

caudal y Cambio en la diferencia de presión

¡Nota! – El caudal varía con la raíz cuadrada de la diferencia de presión.

del ejemplo anterior:

  • Un aumento de diez veces en el caudal requiere un aumento de cien veces en la diferencia de presión!,

transmisores y sistema de Control

La relación no lineal tiene un impacto en el rango de operación de los transmisores de presión y requiere que los transmisores de presión electrónicos tengan la capacidad de linealizar la señal antes de transmitirla al sistema de control.

precisión

debido a la no linealidad, la tasa de descenso es limitada. La precisión aumenta fuertemente en la parte inferior del rango de operación.,

  • más acerca de los medidores de flujo como orificios, medidores Venturi y boquillas
  • mecánica de fluidos
  • La ecuación de Bernoulli
  • La ecuación de continuidad
  • dispositivos de medición de caudal y Relación De Giro – una introducción a la precisión de medición de caudal y Relación De Giro.