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Placa de Orificio

La placa de orificio es uno de los dispositivos de medicin ms antiguos, fue diseado para usarse en gases, pero se ha aplicado con gran xito para medir el gasto de agua en tuberas. Las caractersticas geomtricas, reglas para la instalacin y operacin de este dispositivo, se rigen por la Norma ISO 5167-1, la cual se aplica en Mxico. GENERALIDADESSe encuentran dentro de la tubera. Se integran por el orificio y la placa de orificio, La placa de orificio es delgada y plana (de 1/8 a 3/8 de espesor) con una perforacin circular en relacin con el centro de la tubera, esta posicin puede ser concntrica, excntrica o segmentada.

ELEMENTOS PRIMARIOS

ELEMENTOS SECUNDARIOS Se encuentran fuera de la tubera, son dispositivos para medir la presin en la tubera, esta operacin se realiza con las tomas de presin.

La funcin de los elementos primarios es generar la presin diferencial. Mientras que la de los elementos secundarios es medir y registrar esta presin diferencial.

COMO FUNCIONA ...? La placa orificio origina que la velocidad aumente y por lo tanto la presin disminuye

Imaginemos que el agua circula por una tubera normal de acero sin que nada la detenga, en este caso la velocidad de un punto de la tubera a otro no cambia. Pero la placa de orificio (punto C) insertada en la tubera origina que el agua choque con la placa y disminuya su velocidad. Debido a la reduccin de la velocidad, la presin justo antes del orificio (punto B) es un poco mayor que la presin de operacin en la lnea de conduccin aguas arriba (punto A). Al pasar el agua por el orificio, para compensar la disminucin del rea, la velocidad aumenta y la presin disminuye, llegando a su menor valor cuando la velocidad es mxima. Aguas abajo de este punto, el flujo de dispersa, disminuye la velocidad y se presenta un aumento de la presin en el punto D. Despus de la placa, la velocidad se recupera porque el agua circula en toda la tubera (punto E). Vamos a llamar la presin aguas arriba de la placa de orificio como h1, mientras que la presin aguas abajo como h2. La diferencia entre ambas (h1-h2) se conoce como la presin diferencial, la cual simbolizaremos por h. 6REQUERIMIENTOS DE INSTALACION FISICA El dimetro mnimo de la tubera debe de ser de 2 pulg. y el mximo de 50 pulg.

CONDICIONES DE OPERACIN

1.- Que la tubera sea circular. 2.- Que la tubera sea horizontal. 3.- Que el agua circule a tubo lleno. 4.- Que el dimetro antes y despus de la placa sea el mismo. 5.- Que el interior de la tubera se encuentre limpio y libre de incrustacionesEs muy importante revisar las longitudes de tramo recto aguas arriba (A) y aguas abajo (B) para que se presente el flujo uniforme en el sitio de medicin.

ESPECIFICACIONES TECNICAS DE INSTALACION El dispositivo primario, es decir la placa de orificio, es fijado a la tubera entre un par de bridas con sus respectivos empaques.

Mientras que los dispositivos secundarios, es decir las tomas de presin, se colocan antes y despus de la placa.

La diferencia entre ambos valores de presin, se conoce como presin diferencial. La presin diferencial h, se mide con un manmetro diferencial.

A QUE DISTANCIA DEBO DE COLOCAR LAS TOMAS DE PRESIN? Existen tres posiciones de instalacin:

Donde L1: Distancia Aguas arriba. L2: Distancia aguas abajo.

Tomas de presin a D-D/2

Tomas de presin a una pulg

Tomas de presin en los bordes

DONDE ES RECOMENDABLE LA INSTALACION DE PLACAS DE ORIFICIO ?Es necesario que consideres varios puntos:

1. Costo de operacin.

2. Que el agua sea limpia.

3. Longitudes de tramo recto. VENTAJAS Y DEVENTAJAS

MEDICIN DE CAUDAL EN FLUJO INCOMPRESIBLE EN TUBERASEl orificio de bordes agudos en una tubera (figura) causa una contraccin del chorro hacia aguas abajo de la abertura del orificio.

Se consideraran las boquillas, las cuales se insertan en una tubera, y los orificios con bordes cuadrados.

17Para flujo incompresible, la ecuacin de Bernoulli aplicada desde la seccin 1 en el chorro hasta la vena contracta, seccin 2, es:

La ecuacin de continuidad relaciona V1t, y V2t,con el coeficiente de contraccin Cc= A/Ao como

Despus de eliminar V1t;

y resolviendo para V2t, el resultado es:

Multiplicando por Cv para obtener la velocidad real en la vena contracta (donde Cv es la relacin entre la velocidad media real en la seccin recta de la corriente (chorro) y la velocidad media ideal que se tendra sin rozamiento.)

y, finalmente, multiplicando por el rea del chorro, CcAo, se encuentra el caudal real Q como:

en la cual Cd =CeCv.

Debido a la dificultad para determinar en forma separada los dos coeficientes, generalmente se utiliza una frmula simplificada:

Donde:Q: CaudalC: Coeficiente de descarga A0: rea del orificio p: Cada de presin : Densidad

Ejercicio

Determinacin de la cada de presin mxima y mnima considerando que el manmetro utiliza como liquido agua.

Solucin

Clculos

Todos los clculos fueron realizados a una temperatura de 20C debido a que los datos suministrados estn dicha temperatura, sin embargo la pregunta a) especifica el intervalo de caudales a 70C para lo cual es necesario relacionar ambos caudales mediante la ecuacin de continuidad:

Bibliografa STREETER,Victor y Wylie E, Benjamn Mecnica de fluidos Mxico McGraw Hill, 1983

http://www.conagua.gob.mx/CONAGUA07/Noticias/Placa_orificio.pdf