DEPARTAMENTO DE INGENIERIA QUIMICA Y AMBIENTAL

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Figura 1. Forma de un Tubo Venturi.

Funcionamiento de un Tubo de Venturi

En el Tubo de Venturi el flujo desde la tubería principal en la sección 1 se hace acelerar a través de la sección angosta llamada garganta, donde disminuye la presión del fluido. Después se expande el flujo a través de la porción divergente al mismo diámetro que la tubería principal. En la pared de la tubería, en la sección 1 y en la pared de la garganta, a la cual llamaremos sección 2, se encuentran ubicados tubos de medición de presión. Estos tubos de presión se encuentran unidos a los dos lados de un manómetro diferencial de tal forma que la altura h es una indicación de la diferencia de presión p1 – p2.

En el tubo Venturi también puede utilizarse otros tipos de medidores de presión diferencial. En el caso de la hidráulica en donde se tiene en cuenta las pérdidas por fricción, lo más conveniente es desarrollar una ecuación que las contenga. Después de hacer unos cálculos y unas simplificaciones se puede llegar a las siguientes ecuaciones que hacen más práctica y rápida la resolución de cierto tipo de problemas.

Q = K (12.6 h – Hf)1/2

K = SE [2 g / ((dE / dG)4 – 1)]1/2

SE = 0.7854 * dE2

dG = Diámetro en la garganta

dE = Diámetro en la tubería de conducción

h = Diferencia de nivel en el manómetro (se expresa en metro de mercurio)

Hf = Pérdidas por frotamiento (se expresa en m)

Es prudente tener en cuenta que esta ecuación se trabaja en el sistema internacional (m, s) y que el líquido manométrico es el mercurio. Las pérdidas de fricción se reportan en unidades de longitud, puesto que se tratan como una disminución en la cabeza de presión. Esta ecuación se trabaja para flujo incompresible. La descarga depende de la diferencia manométrica sin importar la orientación del medidor de Venturi; no es relevante si el medidor está colocado horizontal, vertical o inclinado.

El tubo Venturi ofrece ventajas con respecto a otros captadores, como son:

- Menor pérdida de carga permanente, que la producida por del diafragma y la tobera de flujo, gracias a los conos de entrada y salida.

- Medición de caudales superiores a un 60% a los obtenidos por el diafragma para la misma presión diferencial e igual diámetro de tubería.

- El Venturi requiere un tramo recto de entrada más corto que otros elementos primarios.

- Facilidad para la medición de flujo de líquidos con sólidos en suspensión.

APLICACIONES

- Hidráulica: Es muy frecuente la utilización de este efecto "Venturi" para la fabricación de máquinas mezcladoras de tipo Z que proporcionan aditivos en una conducción hidráulica.

- Petróleo: el efecto Venturi, se usa para extraer artificialmente fluidos de pozos petroleros; este tipo de bombas Jet funcionan mediante la inyección de un fluido a alta presión pasando por una sección reducida, llamada boquilla donde se produce un cambio de energía potencial a cinética, originado a la salida de una boquilla, lo que provoca una aspiración del fluido. Estos fluidos entran en otra zona que ocasiona el efecto inverso llamada garganta, en donde se desarrolla una mezcla de fluidos los cuales sufren un cambio de energía cinética a potencial a la entrada de un área de expansión llamada difusor, donde la energía potencial es la responsable de llevar el fluido hasta la superficie.

- Hogar: En los equipos ozonificadores de agua, se utiliza un pequeño tubo Venturi para efectuar una succión del ozono que se produce en un depósito de vidrio, y así mezclarlo con el flujo de agua que va saliendo del equipo con la idea de destruir las posibles bacterias patógenas y de desactivar los virus y otros microorganismos que no son sensibles a la desinfección con cloro.

PLACA DE ORIFICIO

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Las placas de orificio es uno de los dispositivos de medición más antiguos consiste en una placa metálica delgada que se perfora en el centro y se instala en la tubería. El cual permite tomar dos muestras de presión antes y después del fluido ha pasado por la placa. Este diferencial de presión es proporcional al caudal; este caudal se puede determinar mediante las lecturas de presión diferencial. El orificio de dicha placa posee es una abertura cilíndrica o prismática. (automatismo industrial)

Podemos analizar el funcionamiento de la placa de orifico mediante la ecuación de Bernoulli y la ecuación de continuidad.

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Si se tomaran muestras desde el lado anterior de la placa y el lado posterior de la placa se analizaría así el comportamiento del fluido:

No hay trabajo de entrada ni de salida.

Por ende la ecuación de continuidad quedara

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Igualando la ecuación de Bernoulli en parte anterior y posterior de la Tubería, se concluye que no hay diferencias de alturas. Por lo tanto la ecuación queda de la siguiente manera (pjouh, ojnoi).

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TIPOS DE ORIFICIO:

La placa de orificio suele usar tres clases de orificios, cada orificio es utilizado para una mayor exactitud a la hora de tomar las muestras.

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Concéntrico: es el orifico que con mayor frecuencia es utilizado, proporciona al medidor una mayor exactitud en comparación a los otros medidores.

Excéntrico: este orificio no es concéntrico a la tubería, este orificio es útil para fluidos de dos fases. Por ejemplo, líquidos conteniendo sólidos, o aceites contenidos en agua.

Segmentado: es un segmento circular tangente