Placa Orificio
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Placas de Orificio
Cálculo y Diseño
La placa de orificio es uno de los dispositivos de medición más antiguos, fue diseñado para
usarse en gases, no obstante se ha aplicado ampliamente y con gran éxito para medir el
gasto de agua en tuberías.
La ventaja de las placas de orificio, a la hora de medir caudales, es su bajo coste, el
inconveniente es la falta de precisión. El uso de la placa de orificio en este caso es para
crear una pérdida de carga adicional en la red.
Para el cálculo de la placa de orificio se va a utilizar, la norma ISO 5167, que determina la
geometría y el método de empleo, es decir, las condiciones de funcionamiento e instalación
de las placas de orificio, cuando se instala en una tubería en carga. Además, esta norma
especifica la información previa para calcular el caudal, siendo aplicable junto con los
requisitos dados en la norma ISO 5167-1.
Constantes predeterminadas
Temperatura ambiente: T =20 ºC
Viscosidad cinemática del agua: 6 21,1 x 10 m / s−=ν
Relación de diámetros, β
Se define como la relación entre el diámetro del orificio de la placa y el diámetro interno
de la tubería:
d
Dβ =
Conforme a lo indicado en el apartado 5.1.8.1 de la norma ISO 5167-2(2003), para que el
cálculo sea correcto se deben cumplir las siguientes condiciones:
d 12,5mm≥
0,10 0,75≤ β ≤
Descripción del método de cálculo
Según se describe en el apartado 4 de la norma ISO 5167-2 (2003), el cálculo del caudal se
basa en que la presencia de una placa de orificio, en el interior de una tubería por la que
circula un fluido, origina una diferencia de presión estática entre los dos lados de la placa.
El caudal a través de un orificio se determina mediante la ecuación:
dq C A 2g P= ∆
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Donde:
q: es el caudal (m3/s)
Cd: es el coeficiente de descarga (adimensional)
g: es la gravedad (m/s2)
P∆ : es la caída de presión en el orificio (m)
A: es la superficie del orificio (m2)
El caudal másico, qm puede determinarse utilizando la siguiente ecuación:
2
m 4
Cq d 2 P
41
π= ∆ ρ− β
Donde
C: es el coeficiente de descarga (adimensional)
β : es la relación de diámetros (adimensional)
P∆ : es la diferencia de presión entre ambos lados de la placa de orificio
El caudal volumétrico se podría determinar de la siguiente forma:
m vq q .= ρ
De esta manera:
2
v 4
Cq . d 2 P
41
πρ = ∆ ρ− β
Teniendo en cuenta que las pérdidas de carga en el orificio son proporcionales al cuadrado
del caudal:
2
vP k.q∆ =
2
v 4
Cq . d 2 P
41
πρ = ∆ ρ− β
2 2
4
C 2gk1 D
41
π= βγ− β
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De esta ecuación se obtiene β , donde ρ es la densidad del fluido a la temperatura y presión establecida, k es la constante de pérdida de carga en el orificio y γ es el peso específico del agua.
Límites de empleo del procedimiento
Para que los resultados obtenidos mediante este procedimiento de cálculo se puedan
considerar válidos, hay que tener en cuenta lo indicado en la norma ISO 5167:
d 12,5mm≥
50 D 1000≤ ≤
Re 5000≥
Coeficiente de descarga
Para determinar el coeficiente de descarga en placas de orificio, se utiliza la ecuación de
Stolz:
1 2
0,7 0,36 6
2 8 3,5
410 L 7 L 1,1 1,3
2 24
10 10C 0,5961 0,0261. 0,216 0.000521 (0,0188 0,0063 A)
Re Re
(0,043 0,08 e 0,123 e (1 0,114 A) 0,031 M 0,8 M )1
− ⋅ − ⋅
⋅β= + β − ⋅β + ⋅ + + ⋅ ⋅β ⋅ +
β+ ⋅ − ⋅ ⋅ − ⋅ ⋅ − ⋅ − ⋅ ⋅β − β Donde:
d
Dβ = , es la relación de diámetros
Re, es el número de Reynolds, definido según la siguiente ecuación:
v DRe
⋅=ν
Donde
v, es la velocidad del fluido (m/s)
D, es el diámetro interno de la tubería (m)
ν , es la viscosidad cinemática del fluido m2/s
11
lL
D= , es la relación que existe entre la distancia desde el plano de las tomas de presión
aguas arriba hasta la cara aguas arriba de la placa de orificio y el diámetro de la tubería
22
lL
D= , es la relación que existe entre la distancia desde el plano de las tomas de presión
aguas abajo hasta la cara aguas abajo de la placa de orificio y el diámetro de la tubería
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Por último A se determina de la siguiente ecuación:
0,819000
ARe
⋅β =
En el caso que nos ocupa, las distancias L1 y L2 son cero, ya que se pretende determinar la
pérdida de carga que se produce en la placa.
0,7 0,36 6
2 8 3,510 10C 0,5961 0,0261. 0,216 0.000521 (0,0188 0,0063 A)
Re Re
⋅β= + β − ⋅β + ⋅ + + ⋅ ⋅β ⋅