La placa de orificio es el elemento
primario para la medición de flujo más sencillo, es una lamina plana circular
con un orificio concéntrico, excéntrico ó segmentado y se fabrica de acero
inoxidable, la placa de orificio tiene una dimensión exterior igual al espacio
interno que existe entre los tornillos de las bridas del montaje, el espesor
del disco depende del tamaño de la tubería y la temperatura de operación, en la
cara de la placa de orificio que se conecta por la toma de alta presión, se
coloca perpendicular a la tubería y el borde del orificio, se tornea a escuadra
con un ángulo de 900 grados, al espesor de la placa se la hace un
biselado con un chaflán de un ángulo de 45 grados por el lado de baja presión,
el biselado afilado del orificio es muy importante, es prácticamente la única
línea de contacto efectivo entre la placa y el flujo, cualquier rebaba, ó
distorsión del orificio ocasiona un error del 2 al 10% en la medición, además,
se le suelda a la placa de orificio una oreja, para marcar en ella su
identificación, el lado de entrada, el número de serie, la capacidad, y la
distancia a las tomas de presión alta y baja. En ocasiones a la placa de
orificio se le perfora un orificio adicional en la parte baja de la placa para
permitir el paso de condensados al medir gases, y en la parte alta de la placa
para permitir el paso de gases cuando se miden líquidos.
Placa de orificio, concéntrica, excéntrica y segmentada.
Con las placas de orificio se producen las mayores perdidas de presión
en comparación a los otros elementos primarios para medición de flujo más
comunes, con las tomas de presión a distancias de 2 ½ y de 8 diámetros antes
y/o después de la placa se mide la perdida total de presión sin recuperación
posterior. Se mide la máxima diferencial posible con recuperación de presión
posterior y, con tomas en las bridas se mide una diferencial muy cerca de la
máxima, también con recuperación de presión posterior.
La exacta localización de tomas de presión antes de la placa de orificio
carece relativamente de importancia, ya que la presión en esa sección es
bastante constante. En todas las relaciones de diámetros D/d comerciales. Desde
½ D antes de la placa en adelante hasta la placa, la presión aumenta gradualmente
en una apreciable magnitud en relaciones d/D arriba de 0.5; debajo de ese valor
la diferencia de presiones es despreciable. Pero sí en la toma de alta presión,
la localización no es de mayor importancia, si lo es en la toma de baja
presión, ya que existe una región muy inestable después de la vena contracta
que debe evitarse; es ésta la razón por la que se recomienda colocarlas para
tuberías a distancias menores de
Desventajas en el uso de la placa de orificio
- Es inadecuada en la
medición de fluidos con sólidos en suspensión.
- No conviene su uso en
medición de vapores, se necesita perforar la parte inferior.
- El comportamiento en
su uso con fluidos viscosos es errático ya que la placa se calcula para una
temperatura y una viscosidad dada.
- Produce las mayores pérdidas
de presión en comparación con otros elementos primarios de medición de flujos.
Cuando el flujo pasa a través de la placa
de orificio, disminuye su valor hasta que alcanza una área mínima que se conoce
con el nombre de “vena contracta”, en las columnas sombreadas de la figura
siguiente, el flujo llega con una presión estática que al pasar por el
orificio, las pérdidas de energía de presión se traducen en aumentos de
velocidad, en el punto de la vena contracta se obtiene el menor valor de
presión que se traduce en un aumento de velocidad, en ese punto se obtiene la
mayor velocidad.
Más delante de la vena contracta, la
presión se incrementa, se genera una perdida de presión constante que ya no se
recupera, la diferencia de presión que ocasiona la placa de orificio permite
calcular el caudal, el cual es proporcional a la raíz cuadrada de la caída de
presión diferencial.
Existen dos tipos de placas de orificio
segmentadas; fijas y ajustables.
Orificio
segmentado fijo:
Se usa para medir flujos pequeños y es
una combinación de orificio excéntrico y una parte segmentada, la parte
concéntrica se diseña para obtener un diámetro del 98% del diámetro interior de
la tubería, se usa para en la medición de flujos como son las pulpas y pastas,
no es recomendable para líquidos de alta viscosidad.
Orificio segmentado
ajustable:
En este caso la relación entre el
diámetro interior y exterior (0.25-0.85), se modifica por medio de un segmento
móvil, el cuerpo de la placa de orificio se fabrica con bridas de conexión
similares a la de una válvula, las guías son de acero al carbón, el material
del segmento es de acero inoxidable, se utiliza en tuberías con variaciones de
flujo del 10:1 bajo variaciones de presión y temperatura considerables. La
relación entre el flujo y la caída de presión es:
