Determinación de Caudales con Placas de Orificio: Fundamentos y Cálculo según ISO 5167

Enviado por Programa Chuletas y clasificado en Tecnología Industrial

Escrito el 29 de Marzo de 2026 en español con un tamaño de 51,33 KB

Placa de Orificio: Dispositivo para Medición de Caudal

La placa de orificio es uno de los dispositivos de medición más antiguos. Fue diseñada originalmente para usarse en gases; no obstante, se ha aplicado ampliamente y con gran éxito para medir el caudal de agua en tuberías.

Ventajas y Desventajas

La principal ventaja de las placas de orificio, a la hora de medir caudales, es su bajo coste. El inconveniente principal es la falta de precisión en comparación con otros métodos más modernos. El uso de la placa de orificio en este contexto es fundamentalmente para crear una pérdida de carga adicional en la red.

Marco Normativo para el Cálculo

Para el cálculo de la placa de orificio se utilizará la Norma ISO 5167, que determina la geometría y el método de empleo. Esto incluye las condiciones de funcionamiento e instalación de las placas de orificio cuando se instalan en una tubería en carga. Además, esta norma especifica la información previa necesaria para calcular el caudal, siendo aplicable junto con los requisitos dados en la Norma ISO 5167-1.

Constantes Predeterminadas y Parámetros

Constantes Fijas

Temperatura Ambiente: $T = 20 \,^{\circ}\text{C}$

Viscosidad Cinemática del Agua

$\nu = 1,1 x 10^{-6} m^2/s$

Relación de Diámetros ($\beta$)

Se define como la relación entre el diámetro del orificio de la placa ($d$) y el diámetro interno de la tubería ($D$):

$\beta$

$\beta=\frac{d}{D}$

Condiciones de Aplicación según ISO 5167-2

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:

$d \geq 12.5 mm$

$0.10 \leq \beta \leq 0.75$

Descripción del Método de Cálculo

Base Teórica

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 ($\Delta P$).

Ecuación para el Caudal Volumétrico ($q$)

El caudal a través de un orificio se determina mediante la siguiente ecuación:

$q=C_d A \sqrt{2 g\Delta P}$

Definición de Variables para $q$

$q$: Es el caudal ($\text{m}^3/\text{s}$)
$C_d$: Es el coeficiente de descarga (Adimensional)
$g$: Es la gravedad ($ ext{m}/\text{s}^2$)
$\Delta P$: Es la caída de presión en el orificio (en metros de columna de fluido)
$A$: Es la superficie del orificio ($ ext{m}^2$)

Cálculo del Caudal Másico ($q_m$)

El caudal másico, $q_m$, puede determinarse utilizando la siguiente ecuación:

$q_{m}=\frac{C}{\sqrt{1-\beta^{4}}}\frac{\pi}{4} d^2\sqrt{2\Delta P \rho}$

Definición de Variables para $q_m$

$C$: Es el coeficiente de descarga (Adimensional)
$\beta$: Es la relación de diámetros (Adimensional)
$\Delta P$: Es la diferencia de presión entre ambos lados de la placa de orificio

Cálculo del Caudal Volumétrico Final

El caudal volumétrico se podría determinar de la siguiente forma:

$q_m=q_v * \rho$

De esta manera:

$q_v * \rho=\frac{C}{\sqrt{(1-{\beta}^4)}}{\frac{\pi}{4}}{d^2}{\sqrt{2 \Delta P \rho}}$

Imagen

Placa de orificio: concéntrica, excéntrica y segmentada.

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