Placa de Orificio

 

Universidad Autónoma Metropolitana Ciencias Básicas e Ingeniería  Diseño de una placa de orificio.  Alcazar Nieto Irving, Irving, Hernández Zamudio Zamudio Rubén Alfredo, Alfredo, Salinas Salinas Mancilla Laura lena lena ! Miguel "uárez "uárez #scar$ #scar$ Instrumentación Industrial. (Julio 2016) Resumen

El presente trabajo muestra los resultados resultados obtenidos del del gasto con la utilización utilización de un sistema construido a base de P! " una placa placa de tipo conc#nt conc#ntric rica. a. $os %alores %alores obtenid obtenidos os &ueron &ueron cer cercan canos os a los resulta resultados dos 'ue se determinaron teóricamente por lo 'ue se conclu"ó 'ue el tipo de placa utilizada &ue adecuada para los di&erentes &lujos de aire 'ue se introdujeron al sistema.

. Intr tro oducció ión n

ctualmente la medición de &lujo es una %ariable mu" importante dentro de la industria puesto 'ue es necesario mantener un un control de presión presión a lo largo largo de la tuber*a. $a placa de ori&icio es un dispositi%o 'ue consiste consiste en la reducción reducción d del el +rea trans%er trans%ersal sal do dond ndee &l &lu" u"ee el &l &lui uido do lo logr gran ando do un au aume ment nto o de %elocidad " una di&erencia de presión.   En los siguie siguient ntes es apartad apartados os se lle%ara lle%ara a cabo la descripción del dise,o de la placa de ori&icio " se analizan las %ariables in%olucradas en el dise,o.

se rige por la norma I/ 1631. Es apta para la ma"or*a de las aplicaciones de gas l*'uido " %apor as* como para para alta alta temper temperatu atura ra " alta alta presi presión ón el costo de &abricación &abricación es económico. En la &igura 1 se muestra el es'uema de la placa de ori&icio.

!. "#$etivo

-eterminar el gasto eperimentalmente de una placa de ori&icio tipo conc#ntrica " a base de P!.

%. &und &undam amen ento toss teór teóric icos os %. 'lacas de "rificio

$a placa de ori&icio es un dispositi%o per&orado 'ue se instala instala en la tuber*a tuber*a el ori&icio ori&icio 'ue posee es de &orma cil &orma cil*nd *ndric ricaa o prism+ prism+tic ticaa en la cual cual &lu &lu"e "e el &luido. $a determinación de las dimensiones óptimas

&igura . 'laca de "rificio

!omo se muestra en la 4igura 1. El &luido circula a lo largo de la tuber*a es decir 'ue la %elocidad del &luido de un punto a otro en la tuber*a ser+ el mismo  por lo tanto cuando el &luido c5oca con la placa or ori& i&ic icio io dism dismin inu" u"ee su %e %elo loci cida dad d " aume aument ntaa la  presión de operación posteriormente el &luido circula  por el ori&icio para compensar la disminución del +rea la %elocidad aumenta " la presión disminu"e. -epend -ep endien iendo do del &luid &luido o con el cual cual se tra trabaj bajaa la

 

geometr*a de la placa cambia como se muestra a continuación.

(  )

2

 D 1 ( 2) v 2= v 1  D 2

%.! (ipos de 'lacas de orificio 'laca de orifi 'laca orifici cios os co conc nc)n )ntr tric icos* os* con consis siste te en un disco circular 'ue tiene una base circular conc#ntrica en una es'uina a&ilada 07 en la cara de la entrada. 'laca 'lac a de orificio orificio e+c)ntrico e+c)ntrico** consiste en un disco circular 'ue tiene un ori&ico circular ec#ntrico con un +ngulo agudo de 07 en la entrada e la cara. 'laca de orificio segmentaria* segmentaria* consiste en un disco circul circular ar con un ori&ic ori&icio io 'ue es un segmen segmento to del c*rculo conc#ntrico " tiene un borde a&ilado a 07 en la cara de entrada.

El material de construcción de las placas es de acero ino inoid idab able le la pl plac acaa de or ori& i&ic icio io co conc nc#n #ntr tric ico o es utiliz utilizada ada en di%erso di%ersoss ser%icio ser%icios s es dec decir ir donde donde medi me dio o es pe pega gajo joso so o en susp suspen ensi sión ón el or ori& i&ic icio io segmentario es la m+s utilizada. En la 4igura 2 se muestran las geom#tricas de las placas de ori&icios.

/ustitu"endo la ecuación 2 en 19

2

v 1=

√

2 gc

(    ) ( ) −∆ P  ρ

( )

 D1 1−  D2

2

2

v 1  P1   v 2  P2 +  = +   (1)  ρ 2 gc  ρ 2 gc

:tilizando la ecuación de continuidad9

4

4

En caso 'ue 'ue se considere las p#rdidas por &ricción es necesario agregar el coe&iciente del ori&icio !o " la ecuación ; se reescribe como9

√

2 gc

(   )  ( ) −∆ P  ρ

( )

 D 1 1−  D2

4

5

-onde %1  es la %elocidad en el ori&icio se re'uiere conocer el caudal por lo cual se tiene la siguiente ecuación9

%olum#trico " carga est+n relacionados por medio de la ec ecua uaci ción ón de 8ern 8ernou oull llii co con n un co coe& e&ic icie ient ntee de corrección como se muestra a continuación9 Partiendo de un balance de energ*a entre la entrada al ori&icio ori&icio d dee la placa " la salida salida despreciando las  p#rdidas por &ricción " considerando la densidad constante se tiene9

−∆ P =  ρ   ( 3)

-espejando %1 

&igura !. ,eometrías de placa de orificios

Para un aplaca de ori&icio los conceptos de &lujo

2

 [ ( ) ]

v 1=Co

%.%. Diseño de una placa de orificio

4

 D 1 1 2 v v −  D2 2 gc 1

Ca=Co

 π Do 4

2

√

2 gc

( −   )  ( ) ∆P  ρ

( )

 D1 1−  D 2

4

7

-onde9 !o9 coe&iciente de ori&icio o coe&iciente de descarga  para el caudal este coe&iciente %ar*a entre %$&  "  " %$&'  para ori&icios conc#ntricos de bordes a&ilados si el  e"nols es ma"or de 10000 (&lujo

 

turbulento) " si la toma posterior est+ en la %ena contracta. (a#la (a#la . Resultados o#tenidos del gasto ideal 0 e+perimental

diámetro o del orificio  D 0 : diámetr

Δ'

diámetr metro o de dela latub tubería ería  D 2 : diá

1. B 2.  C.  ;.2C .B 6.1 .C; B.;

: densid densidad ad del fluido

factor or de convers conversión ión gc : fact ∆ P : difer diferencia encia de presión presión V 1 : vel veloc ocida idad d de dell or orifi ificioa cioa laentrad laentrada a dela pl placa aca V 2 : vel veloc ocida idad d de dell or orifi ificioa cioa lasalida lasalida dela pl plac aca a

1 2m%3s4 2.B 6.

1 ideal 2m%3s4 C.2 .2

11 1;. 1.; 1B.6 1B. 1.;

12.6 1.2 1B.B 20 21 2C

$os datos anteriores se muestran en la siguiente9

:sualmente el di+metro del ori&icio est+ entre 0 " 6? del di+metro de la tuber*a. Eiste una relación de di+metros. @12A

-. Meto tod dol olog ogía ía

:na %ez 'ue se armó el sistema se colocó el sistema como se muestra en la 4igura 1. Por un etremo de la placa se dejó pasar aire cu"a %elo %elocidad cidad se midió con un anemómetro. /e realizaron oc5o mediciones con di&erentes %elocidades de aire. En la manguera 'ue sir%ió como manómetro de : se col colocó ocó mercurio mercurio " se mid midió ió la di&ere di&erenci nciaa de  presión con un %ernier. %ernier.

 

&igura %. Comparación del gasto real e ideal.

!omo se obser% !omo obser%aa en la 4igura 4igura C. $os resulta resultados dos obtenidos obten idos eperimen eperimentalm talmente ente se aproiman aproiman a los resultados teóricos por lo 'ue se establece 'ue el sis sistem temaa &ue ade adecua cuado do par paraa la realiz realizaci ación ón de las mediciones " tambi#n el tipo de placa.

5. Conc onclus lusion iones

&igura !. istema e+perimental

/. Resu Result ltad ados os 0 disc discus usió ión n

 co cont ntin inua uaci ción ón se mues muestr tran an lo loss da dato toss de dell ga gato to eperimental en comparación con el gasto ideal.

!on la eperimentación en la placa de ori&ico se conclu"e 'ue en e&ecto se puedo determinar el gasto de &orma eperimental el cual pudo ser comparado con los resultados teóricos. Por otro otro lad lado o &ue &ue e%iden e%idente te 'ue la di&ere di&erenci nciaa de  presión depende del &lujo de aire alimentado al sistema. sist ema. 4inalmen 4inalmente te el tipo de placa utilizada utilizada &ue adecuado para la realización de las mediciones por 

 

lo 'ue se puede decir 'ue de acuerdo a la literatura es una placa de uso com=n en la industria.

6. Referencia iass

@1A Dott >. (16). Decanica de los 4luidos. !uarta ed. Deico9 Prentice all. @2A @2A Pe Pere rez z J. (20 (2001). 01). Dedi edici cio on de :ni%ersidad de riente Puerto $a !ruz.

&lu &luidos idos..