Placa_orificio

8/7/2019 Placa_orificio

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SERIE AUTODIDCTICA DE MEDICIN DEL AGUA

PLACA ORIFICIOAutor: Rivas, A. I.Revisor: Jurez N. R..Editor: Ochoa A. L.

SEMARNAP CNA IMTA

SUBDIRECCIN GENERAL DE ADMINISTRACIN DEL AGUA

COORDINACIN DE TECNOLOGA HIDRULICA


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CCoommiissiinn NNaacciioonnaall ddeell AAgguuaa,, CCNNAA IInnssttiittuuttoo MMeexxiiccaannoo ddee TTeeccnnoollooggaa ddeellAAgguuaa,, IIMMTTAA

EEddiittaa::

CCoommiissiinn NNaacciioonnaall ddeell AAgguuaa,,SSuubbddiirreecccciinn GGeenneerraall ddee AAddmmiinniissttrraacciinnddeell AAgguuaaGGeerreenncciiaa ddee RReeccaauuddaacciinn yy CCoonnttrroollSSuubbggeerreenncciiaa ddee IInnssppeecccciinn yy MMeeddiicc iinn

IInnssttiittuuttoo MMeexxiiccaannoo ddee TTeeccnnoollooggaa ddeellAAgguuaaCCoooorrddiinnaacciinn ddee TTeeccnnoollooggaa HHiiddrruulliiccaaSSuubbccoooorrddiinnaacciinn ddee HHiiddrruulliiccaa RRuurraall yyUUrrbbaannaa

EEllaabboorraa::

GGrruuppoo ddee HHiiddrruulliiccaa RRuurraall yy UUrrbbaannaa ddeellIIMMTTAAGGrruuppoo ddee IInnssppeecccciinn yy MMeeddiicciinn ddee llaa

CCNNAAIImmpprriimmee::

IInnssttiittuuttoo MMeexxiiccaannoo ddee TTeeccnnoollooggaa ddeellAAgguuaa

IISSBBNN 996688--77441177--7700--66

PARTICIPANTES

En la realizacin de este documento,

colaboraron: Especialistas del InstitutoMexicano de Tecnologa del Agua (1), yde la Subdireccin General deAdministracin del Agua de la ComisinNacional del Agua, CNA (2).

Elaboracin: Ivn Rivas Acosta

Revisin: Ral Jurez Njera

Edicin: Leonel H. Ochoa Alejo

Para mayor informacin dirigirse a:

SUBGERENCIA DE INSPECCIN YMEDICIN

GERENCIA DE RECAUDACIN YCONTROL

Subdireccin General de Administracindel Agua

Insurgentes Sur # 1969, 1er piso, Colonia

Florida CP. 01030, Mxico D.F.Tel. (01) 5661-8381, Fax. (01) 5661-7149,Email: [email protected]

SUBCOORDINACIN DE HIDRULICARURAL Y URBANA

COORDINACIN DE TECNOLOGAHIDRULICA

Paseo Cuauhnhuac # 8532, ColoniaProgreso, CP. 62550, Jiutepec, Morelos

Tel. y Fax (017) 319-4012,Email: [email protected]

Derechos Reservados Por: ComisinNacional del Agua, Insurgentes Sur #2140, Ermita San Angel, C.P. 01070,Mxico, D.F. e Instituto Mexicano deTecnologa del Agua, PaseoCuauhnhuac # 8532, Colonia Progreso,C.P. 62550, Jiutepec, Morelos. Estaedicin y sus caractersticas sonpropiedad de la Comisin Nacional delAgua Y del Instituto Mexicano deTecnologa del Agua.


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PREFACIO

El 1de diciembre de 1992 se public en el Diario Oficial de la Federacin, La Ley de Aguas Nacionales, en donde se exponen los artculos 7-VIII,26-II, 29-V-VI, 119-VII-X-XI, relacionados con la medicin del agua.

Con base en esta Ley de Aguas Nacionales, la Comisin Nacional del Agua, CNA, a travs de la Subdireccin General de Administracin del Agua,desarrolla continuamente campaas de instrumentacin y medicin de caudales, con el fin de controlar y verificar las cantidades de aguaasignadas en las concesiones a los diversos usuarios de las fuentes de abastecimiento.

Ante esta situacin y a la dificultad que representa el uso de los diferentes aparatos de aforo, la CNA y el Instituto Mexicano de Tecnologa delAgua, IMTA, han elaborado esta serie de documentos autodidcticos, para que el personal tcnico de dicha dependencia se capacite en el manejode las tcnicas existentes de medicin de gasto, as como en el manejo de equipos y en los procedimientos de adquisicin y anlisis de datos.

La serie autodidctica est enfocada a las prcticas operativas y equipos medidores que cotidianamente utiliza la CNA en sus actividades deverificacin de los equipos de medicin instalados en los aprovechamientos de los usuarios del agua y muestra las tcnicas modernas sobre: a)inspeccin de sitios donde se explota el agua nacional; b) verificacin de medidores de gasto instalados en las diversas fuentes de suministro odescarga de agua; c) procedimientos y especificaciones de instalacin de equipos; d) realizacin de aforos comparativos con los reportados por losusuarios; d) cuidados, calibracin y mantenimiento de los aparatos.

En general, cada documento de la serie est compuesto por dos partes: a) un documento escrito, que describe los principios de operacin de unmedidor particular, cmo se instala fsicamente, qu pruebas de precisin se requieren, cmo se hace el registro e interpretacin de lecturas yprocesamiento de informacin, de qu manera hay que efectuar el mantenimiento bsico, cules son sus ventajas y desventajas, y queproveedores existen en el mercado; b) un disco compacto, CD, elaborado en el paquete Power Point de Microsoft, construido con hipervnculos,diagramas, fotografas, ilustraciones, segn lo requiera cada tema.

Con estos serie de documentos se pretende agilizar el proceso de capacitacin a los tcnicos que realizan dichas actividades de medicin.


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1. PARA QUIN YPORQUE? Y EVALASI SABES

1.1 PARA QUIN?Este manual esta dirigido a tcnicos,ingenieros, operadores de redes dedistribucin de agua potable y a todos losinteresados en la capacitacin sobre lainstalacin, uso y manejo del medidor degasto del tipo placa de orificio.

Dentro de un sistema de agua potable el

conocimiento del caudal que pasa pordeterminado tramo de tubera, essumamente importante por lo cual sabercomo se maneja el dispositivo de placa deorificio es muy importante.

1.2 POR QU?

Es necesario saber principalmente cual es el

procedimiento el cual se debe seguir parapoder manejar con habilidad la placa deorificio.

Conocer lo siguiente:

Principio de operacin Partes que lo integran Especificaciones tcnicas Requisitos de instalacin Clculo del gasto

Manejo de datos Tcnicas de mantenimiento

Dado que este equipo de medicin essumamente til, es necesario su adecuadoconocimiento, instalacin y uso.

Para poder utilizarlo con eficiencia, se debende conocer las caractersticas del sitio demedicin, se requiere conocer:

1) Caractersticas de la tubera

Dimetro de la tubera y dimetro del orificio.

2) Caracteristicas del tramo en estudioLongitud del tramo necesario aguas arriba yaguas abajo. Especificaciones requeridas.

De acuerdo a las caractersticas particularesde cada caso, es necesario evaluar si lainstalacin es correcta.

O bien, si no existe medicin en el sitio,decidir si es conveniente colocar este tipo demedidor.

1.3 EVALUA SI SABES:

1.- Identificar una placa orificio.

2.- Revisar si la instalacin es correcta.

3.- Verificar si la operacin es adecuada.

4.- Determinar el gasto que circula.

5.- Proporcionar mantenimiento.

6.- En que casos es recomendable colocareste dispositivo.

Para diagnosticar tu aprendizaje, a lolargo del manual te encontrars condos autoevaluaciones que permitirnsaber cuanto has aprendido sobre elmedidor tipo placa de orificio.


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2. PRINCIPIOS DEOPERACIN YDESCRIPCION DECOMPONENTES

2.1 GENERALIDADES

La placa de orificio es uno de losdispositivos de medicin ms antiguos, fuediseado para usarse en gases, no obstantese ha aplicado ampliamente y con gran xitopara medir el gasto de agua en tuberas.

En 1991, se reunieron ingenieros de muchospases para establecer las caractersticasgeomtricas, reglas para la instalacin y

operacin de este dispositivo. Comoresultado se obtuvo una norma internacionalvlida en todo el mundo, esta es la NormaISO 5167-1, la cual se aplica en Mxico.

Los componentes que integran el equipo demedicin se dividen en elementos primariosy en elementos secundarios.

A continuacin se explican en que consistencada uno de ellos.

2.2 ELEMENTOS PRIMARIOSSe encuentran dentro de la tubera, seintegran por el orificio y la placa de orificio,que consiste en una placa delgada y plana(de 1/8 a 3/8 de espesor) con unaperforacin circular que guarda diferentesposiciones en relacin con el centro de latubera, esta posicin puede ser concntrica,excntrica o segmentada (figura 2.1).

Dado que las placas orificio concntricasson las ms comunes, son las que veremosa detalle.

El dimetro del orificio y el espesor de laplaca son muy importantes, el captulo 3 teexplica de que tamao deben ser.

2.3 ELEMENTOS SECUNDARIOS

Se encuentran fuera de la tubera, sondispositivos para medir la presin en latubera, esta operacin se realiza con lastomas de presin. (figura 2.2).

Las especificaciones de este manualcorresponden a esta Norma, esnecesario respetarla para que lasinspecciones y mediciones querealices sean confiables.

Figura 2.1. El orificio de la placa puedetener diferentes posiciones. La placa seconstruye de acero inoxidable tipo 316

para arantizar su dureza

Figura 2.2. Se colocan dos tomas depresin una antes y otra despus dela placa orificio

.

La ubicacin de estas tomas es muyimportante, el captulo 3 te explica

donde debes colocarlas.


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2.4 COMO FUNCIONA ...?

Es importante comprender que en cualquiertubera por la cual circula agua, la presinaumenta cuando la velocidad disminuye y lapresin disminuye cuando la velocidadaumenta.

Vamos a referirnos a la figura (2.3), dondese muestra un corte transversal deldispositivo de medicin.

Imaginemos que el agua circula por unatubera normal de acero sin que nada ladetenga, en este caso la velocidad de unpunto de la tubera a otro no cambia.

Pero la placa de orificio (punto C) insertadaen la tubera origina que el agua choque conla placa y disminuya su velocidad.

Debido a la reduccin de la velocidad, lapresin justo antes del orificio (punto B) esun poco mayor que la presin de operacinen la lnea de conduccin aguas arriba(punto A).

Al pasar el agua por el orificio, paracompensar la disminucin del rea, lavelocidad aumenta y la presin disminuye,llegando a su menor valor cuando lavelocidad es mxima.

Aguas abajo de este punto, el flujo dedispersa, disminuye la velocidad y se

presenta un aumento de la presin en elpunto D.

Despus de la placa, la velocidad serecupera porque el agua circula en toda latubera (punto E).

Vamos a llamar la presin aguas arriba de laplaca de orificio como h1, mientras que lapresin aguas abajo como h2. La diferenciaentre ambas (h1-h2) se conoce como lapresin diferencial, la cual simbolizaremos

por h.

2.4 COMO CALCULO EL GASTOQUE PASA POR LA TUBERA ...?

La medicin del gasto se determinaconociendo las caractersticas geomtricasdel dispositivo, la presin diferencial y ladensidad del agua.

Si tienes un dimetro de orificio d y unatubera con un dimetro D, necesitasdeterminar el cociente d/D, al cualllamaremos con la letra griega beta (). Estevalor, se conoce como la relacin dedimetros.

La densidad de un cuerpo, indica cuantopesa dentro de un determinado volmen, serepresenta por la letra griega ro (), para elagua limpia tiene un valor de 1,000 Kg/m3.

Al combinar dos ecuaciones hidrulicas, queson La Ecuacin de la Energa (o Teoremade Bernoulli) y La Ecuacin de Continuidad,se forma una ecuacin para calcular elgasto:

hd

CQ d

2

41

2

4=

pi () es una letra del alfabeto griego que esigual a 3.1416.

El coeficiente de descarga Cd es un valor deajuste que compensa la distribucin develocidad y las prdidas de carga menoresque no fueron tomadas en cuenta al obtenerla ecuacin del gasto, su valor se determinapara cada dispositivo, depende de cmo secoloquen las tomas de presin.

El captulo 4 te explica las diferentes formasde colocar las tomas de presin.

El captulo 5 te explica que valores debesusar para el coeficiente de descarga,dependiendo de la instalacin.

Figura 2.3. La placa orificio origina quela velocidad aumente y por lo tanto lapresin disminuye

La funcin de los elementos primarioses generar la presin diferencial.Mientras que la de los elementossecundarios es medir y registrar esta


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AUTOEVALUACIN 1

1.- Cul de las siguientes normasregula el uso de las placas orificio ?

a) NOM 290b) ISO 5167-1c) ISO 12764d) ASTMA-185-73

2.- Donde se encuentran los elementosprimarios ?

a) Dentro de la tuberab) Fuera de la tuberac) Dentro y fuera de la tuberad) Depende de la instalacin

3.- Donde se encuentran los elementossecundarios ?

a) Fuera de la tuberab) Dentro de la tuberac) Dentro y fuera de la tuberad) Depende de la instalacin

4.- Que sucede con la presin internadel agua cuando su velocidad dentro dela tubera disminuye ?

a) Disminuyeb) Se mantiene constante

c) Aumenta

5.- Cual es la funcin de los elementosprimarios ?

a) General la presin diferencialb) Medir y registrar la presin diferencialc) Disminuir la prdida de cargad) Mejorar la medicin

6.- Cual es la funcin de los elementossecundarios ?

a) Proteger a la tubera contra corrosinb) Medir y registrar la presin diferencialc) Proporcionar mantenimientod) Mejorar la precisin del gasto

7.- Cual es la relacin de dimetros ,para un dispositivo cuando el dimetrode la tubera es de 10 pulg y el del orificioes de 5 pulg ?

a) 2.00b) 1.50c) 1.05d) 0.50

8.- Que indica la densidad de un fludo?

a) La compresibilidadb) La resistencia opuesta a las fuerzascortantesc) El valor de la presin con relacin a la

presin manomtricad) Su peso por unidad de volmen

9.- Cules son las dos ecuaciones de lahidrulica que determinan la ecuacin delgasto ?

a) Cantidad de movimiento y energab) Energa y continuidadc) Continuidad y cantidad de movimientod) Ninguna de las anteriores

10.- Cules son las tres variables quedeterminan el gasto ?

a) La relacin de dimetros, la presindiferencial y la densidadb) La relacin de dimetros, la viscosidad yla presin diferencialc) La presin diferencial, la densidad y eldimetro de la tuberad) La densidad, la temperatura y el dimetrodel orificio


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3. REQUERIMIENTOSDE INSTALACIONFISICA

3.1 DIMETROS MNIMO YMAXIMO

Para poder emplear la placa orificio, eldimetro mnimo de la tubera debe de serde 2 pulg. y el mximo de 50 pulg. Loanterior no representa problema, ya que losdimetros ms comunes son de 6, 8, 10 y 12pulg.

3.2 CONDICIONES DEOPERACIN

Es necesario que en las instalaciones querevises verifiques lo siguiente:

1.- Que la tubera sea circular.2.- Que la tubera sea horizontal.3.- Que el agua circule a tubo lleno.4.- Que el dimetro antes y despus de laplaca sea el mismo.5.- Que el interior de la tubera se encuentrelimpio y libre de incrustaciones, al menos 10dimetros aguas arriba de la placa y 4

dimetros despus de la misma.3.3 COMO ASEGURARSE DEQUE EL AGUA ANTES DE LAPLACA ORIFICIO CIRCULA DEMANERA UNIFORME ?

Esta condicin es muy importante, para quela medicin del gasto sea lo mas precisaposible.Se logra con una suficiente longitud de

tramo recto aguas arriba y aguas abajo de laplaca, con ello se garantiza que el flujo esuniforme.

Conociendo la relacin de dimetros quese explico que es en el captulo anterior, esposible saber que longitud de tramo recto detubera aguas arriba (A) y aguas abajo (B)se requieren.

En la figura (4.1), se reproducen diferentes

condiciones de instalacin y a partir de larelacin de dimetros, se muestra la longitudnecesaria del tramo recto para que seestablezca un flujo uniforme.

Es muy importante revisar laslongitudes de tramo recto aguasarriba (A) y aguas abajo (B) para quese presente el flujo uniforme en elsitio de medicin.


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4. ESPECIFICACIONESTECNICAS DEINSTALACION

4.1 COMO SE COLOCA?

El dispositivo primario, es decir la placa deorificio, es fijado a la tubera entre un par debridas con sus respectivos empaques. En lafotografa siguiente puedes observar la placade orificio insertada en la tubera

Resulta de esencial importancia que lascaras de la placa orificio se coloquenverticales y bien limpias.

Mientras que los dispositivos secundarios,es decir las tomas de presin, se colocanantes y despus de la placa.

En la fotografa (4.2), puedes apreciar lastomas de presin, la diferencia entre ambosvalores de presin, se conoce como presindiferencial, es indispensable conocer suvalor para saber el gasto que esta pasandopor la tubera.

La presin diferencial h, se mide con unmanmetro diferencial (figura 4.1).

4.2 EXISTEN EN LA PRCTICADIMENSIONES RECOMENDADASPARA LA PLACA DE ORIFICIO?

En la figura (4.2) puedes ver la seccintransversal de una placa orificio y suscaractersticas geomtricas, observasdimensiones como:

D = dimetro de la tuberad = dimetro del orificioE = espesor de la placae = espesor del orificio

dD

E

e

45

Cara aguas arriba Cara aguas abajo

Eje central

de la tubera

Direccin del

agua

Placa orificio

Fotografa 4.1 La placa orificio seinserta entre un par de bridas. Esnecesario que el orificio quede al

Fotografa 4.2. Las tomas de presinsirven para medir la presin antes ydespus de la placa orificio.

Figura 4.1 El manmetro diferencialpermite conocer cual es la diferencia depresiones antes y despus de la placa

orificio. Las tomas de presin seconectan a las mangueras

Figura 4.2. Dimensiones generales dela laca orificio


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La tabla (4.1), te muestra los valores mnimoy mximo de los espesores ey E, en funcin

del dimetro de la tubera que utilices.Tambin, el valor mnimo y mximo deldimetro del orificio y de los valores de larelacin de dimetros (d/D).

Dimensin Mnimo Mximoe 0.005D 0.02DE 0.005D 0.05Dd pulg 38 pulg

d/D 0.20 0.75

Al aplicar el criterio expuesto en la tabla(4.1) para diferentes dimetros de tubera,obtenemos la tabla (4.2).

(pulg) (mm) minimo mximo minimo mximo

24 609.60 3.05 12.19 3.05 30.4820 508.00 2.54 10.16 2.54 25.40

18 457.20 2.29 9.14 2.29 22.8616 406.40 2.03 8.13 2.03 20.3214 355.60 1.78 7.11 1.78 17.7812 304.80 1.52 6.10 1.52 15.2410 254.00 1.27 5.08 1.27 12.70

8 203.20 1.02 4.06 1.02 10.166 152.40 0.76 3.05 0.76 7.624 101.60 0.51 2.03 0.51 5.08

Dimetro e (mm) E (mm)

En caso de que el espesor Esea mayor a e,se debe de colocar un bisel a 45 en laesquina aguas arriba, como se muestra enla figura (4.1).

4.3 A QUE DISTANCIA DEBODE COLOCAR LAS TOMAS DEPRESIN?

Existen tres posiciones de instalacin, latabla siguiente te muestra las distanciasrequeridas aguas arriba (L1) y aguas abajo(L2) para cada tipo de instalacin.

Tipo de instalacin L1 L2

D-D/2 D D/2A una pulg 1 pulgEn los bordes Cero

.

En la siguientes figuras, observas seccionestransversales de los tres tipos deinstalaciones:

Direccin delDagua

Toma de presinaguas arriba

Toma de presinaguas abajo

D

D/2

Direccin del

aguaD

Toma de presinaguas arriba

Toma de presinaguas abajo

1 pulg

1 pulg

DDireccin delagua

Toma de presinaguas arriba aguas abajo

Toma de presin

La Norma ISO 5167-1 establece queespesor debe tener la placa y queproporcin debe tener el orificio enrelacin al dimetro de la tubera.

Tabla 4.1. Dimensiones recomendadaspara los elementos primarios

Tabla 4.2. Dimensiones extremas paralos elementos primarios

Tabla 4.3. Posiciones de las tomas depresin

Figura 4.3. Tomas de presin a D-D/2

Figura 4.4. Tomas de presin a unapulg

Figura 4.5. Tomas de presin en losbordes


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En la fotografa siguiente aparecen lastomas de presin en los bordes de la placaorificio.

4.4 QUE PRDIDA DE CARGAGENERA ESTE DISPOSITIVO?

Una desventaja importante de este tipo demedidor es la prdida de carga hidrulicaque genera, la representaremos por hL(figura 4.6).

Esta prdida de carga es la diferencia depresiones estticas entre la presin medidaen la pared de la tubera aguas arriba de laplaca orificio donde la influencia de la placaes despreciable (aproximadamente undimetro) y la presin aguas abajo delelemento primario donde el flujo se recupera

del impacto con la placa (aproximadamenteseis dimetros).

hL depende de , Cd y h, se determina con lasiguiente ecuacin:

h

C

Ch

d

dL

24

24

)1(

)1(

+

=

En forma aproximada, se puede formar la

tabla siguiente que relaciona el porcentajede prdida de carga hL en relacin a la

presin diferencial hpara diferentes valoresde .

% de h0.20 960.30 920.40 850.50 760.60 67

0.70 55

0.75 48

Como puedes observar en la tabla anterior,las relaciones grandes de , originanprdidas de carga pequeas. Es decir, entremas pequeo es el orificio en relacin aldimetro de la tubera, la prdida de cargaes mayor.

Los valores usuales de diseo oscilan entre0.40 y 0.70. Enseguida, haremos unejemplo que te permitir usar la tabla (4.3).

Ejemplo de aplicacin # 1 :

Tienes una tubera con dimetro nominal de

10 pulg y el dimetro del orificio en la placaes de 6 pulg, si la presin diferencial es de 3m.c.a. Cul ser la prdida de cargapermanente?.

Solucin:

Calculemos la relacin de dimetros:= 6/10 = 0.60.De la tabla (4.3) el porcentaje de prdida decarga es del 67%, por lo que la prdida decarga permanente ser de:

0.67 x 3 m.c.a. = 2 m.c.a.

Para cada tipo, existe un coeficientede descarga (Cd)

Figura 4.6. Prdida de carga

Tabla 4.3. Porcentajes de prdida decarga

Fotografa 4.3. Tomas de presin


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Ejemplo de aplicacin # 2:

Se tiene una instalacin donde la mximaprdida de carga admisible es de 2.05m.c.a., el dimetro D de la tubera es de 14pulg, si la presin diferencial h es de 3.70m.c.a. Cul es el dimetro de orificiorecomendado?

Solucin:

Primero, calculamos el porcentaje de laperdida de carga, el cual esta dado por:2.05/3.70 x 100% = 55%De la tabla (4.3), = 0.70Es decir el dimetro del orificio es de:0.70 x 14 pulg = 9.80 pulg

Antes de instalar un medidor de este tipo, esimportante evaluar la prdida de carga que

genera, ya que se presentar en toda la vidatil del dispositivo.

Por lo anterior, este dispositivo esrecomendable en instalaciones en las queno importe la prdida de carga ocasionadapor el elemento de medicin (fotografa 4.4).

Bomba

Cuello deganso

Medidor

Sentido del flujo

En estos casos, para que en la seccin demedicin la tubera trabaje a tubo lleno, esnecesario colocar un cuello de ganso antesde la descarga.

4.5 DONDE ES RECOMENDA-BLE LA INSTALACION DE

PLACAS DE ORIFICIO ?Es necesario que consideres varios puntos,como los siguientes:

1.- Costo de operacin.

Un factor importante que debe tomarse encuenta en su seleccin, es el costo deoperacin, en trminos de la prdida decarga permanente, la cual como ya vimosdepende de la relacin de dimetros.

2.- Naturaleza del flujo.

Es recomendable que el agua circule librede partculas en suspensin, por ejemplo enpozos con un alto contenido de partculas ensuspensin, no son convenientes losmedidores del tipo placa orificio.

Al circular agua limpia, las necesidades demantenimiento disminuyen en gran medida.

3.- Caractersticas de la instalacin.

En cada caso, es necesario revisar losrequerimientos de tramo recto de la figura(4.1) para decidir si es conviene colocar estetipo de dispositivo de medicin.

En resumen, necesitas revisar:

1. Costo de operacin.2. Que el agua sea limpia.3. Longitudes de tramo recto.

Fotografa 4.4. Instalacin descargandoa la atmsfera, en este tipo deinstalaciones, la perdida de carga no esim ortante


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5. CALCULO DELGASTO

5.1 ECUACION FINAL

Para saber el gasto, basta con que apliquesla ecuacin del captulo 2. Para simplificar

esta ecuacin vamos a agrupar en un valorK las caractersticas geomtricas y de flujodel dispositivo:

( )2

4 41

1dK

=

De tal manera que la ecuacin final delgasto nos queda:

hKCQ d 2=

De esta expresin, nicamente nos faltaconocer el coeficiente de descarga Cd, suvalor depende de la forma en como secoloquen las tomas de presin y de un valorque relaciona la velocidad del agua con suviscosidad, este valor se conoce como elnmero de Reynolds (Re), se determina dela siguiente manera:

D

QRe4=

En esta ecuacin, es una caracterstica delagua que se conoce como viscosidadcinemtica, su valor depende de latemperatura del agua, la tabla (5.1) muestraalgunos valores.

La temperatura usual del agua en lastuberas es de 15C

T (C) x 10-6 (m2/s)5 1.52010 1.30815 1.14220 1.00725 0.897

30 0.80435 0.727

5.2 COEFICIENTE DEDESCARGA.

La expresin general para calcular elcoeficiente de descarga es la siguiente:

32

4

41

75.06

50.2

810.2

0337.0

1

0900.0100029.0

1840.00312.05959.0

+

+

++=

L

L

R

C

e

d

En esta expresin L1=l1/D y L2=l2/D, losvalores para cada tipo de instalacin, semuestran en la tabla (5.2).

Tipo deinstalacin

L1 L2

D-D/2 1.00 0.50A una pulg 25.40 / D*En los bordes 0.00

* D en mm

5.3 PRUEBAS DE PRECISIN

Se recomienda comparar el gasto medidocon la placa de orificio (Qpo) con otrodispositivo de medicin patrn calibrado(Qp), para determinar el porcentaje de error(e) con la siguiente frmula:

%100*p

pop

QQQe =

Errores de medicin del orden del 5% seconsideran aceptables, aunque obviamente,son preferibles mrgenes de error lo maspequeos posibles.

Tabla 5.1. La viscosidad cinemtica delagua depende de la temperatura, laviscosidad del agua fra es mayora la del a ua caliente.

Tabla 5.2. Valores para L1 y L2 a usarseen la ecuacin del coeficiente dedescarga para los tres tipos deinstalacin.


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6. REGISTRO DELECTURAS YPROCESAMIENTO DELA INFORMACION

6.1 ALMACENAMIENTO DELECTURAS

El registro de los datos se lleva a cabo selleva a cabo con los elementossecundarios, puedes hacerlo de maneraeficiente con el uso de dispositivoselectrnicos que permiten almacenar yprocesar la informacin, otorgando datosestadsticos. De esta forma se puede llevarun registro histrico de los gastos.

Las tomas de presin se conectan a unatarjeta electrnica como se aprecia en lafotografa (6.1).

6.2 PROCESAMIENTO DE DATOS

El circuito electrnico cuenta con unmicroprocesador de ocho bits que sirve parael control del sensado, el totalizado delvolumen y las estadsticas histricas. Laretencin de datos se lleva a cabo en unamemoria electrnica con batera autnoma.

El sensado del gasto instantneo se obtienemidiendo la presin diferencial h originadapor la placa orificio. El sistema toma 256muestras por segundo, los promedia eintegra en el tiempo para obtener losvolmenes que pasan por la placa orificio.

Las lecturas se visualizan en una pantalla decristal lquido de cuarzo de diecisiscaracteres.

Puedes observar datos como el gastoinstantneo, volumen total acumulado, lafecha y las estadsticas histricas (fotografa6.3).

La capacidad de almacenamiento es de1,800 datos, lo que equivale a la informacin

del volumen extrado durante el da, mesao y volumen durante los ltimos diezaos. Esta informacin permanecedisponible a pesar de la falta de energa,debido a que cuenta con una batera de litioque respalda esta informacin.

Las variables que se almacenan y susunidades se listan a continuacin:

Variable Unidad

Gasto por segundo l/sVolumen por minuto l/minVolumen por hora l/hVolumen diario m3/dVolumen mensual m3/mesVolumen anual m3/aoVolumen total l

Fotografa 6.1 La conexin de lastomas de presin a una tarjetaelectrnica permite medir y registrar los

Fotografa 6.2. El circuito electrnicomide la presin diferencial h y calculael gasto que pasa

Fotografa 6.3 Mediante una pantallao display se muestra la informacin.

Tabla 6.1. La pantalla despliega elnombre de la lectura seleccionada, lalectura propiamente dicha y la unidad

de medicin res ectiva


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6.3 TRANSMISION DE DATOS

En la parte inferior del medidor existe unconector de bronce de pulg con cuerdaexterna de tipo NPT.

Del interior del mismo salen dos cables quedebern conectarse a dos de las tres fases

de alimentacin de la bomba (figura 6.1).

La conexin puede ser a la salida delarrancador o en los cables de alimentacindel motor de la bomba.

El objetivo de la conexin en los puntosmencionados es que el medidor siempreeste energizado cuando la bomba seencuentre operando, es decir si la bomba seapaga, el medidor tambin (fotografa 6.3).

La fuente de poder cuenta con un retardo enel encendido con el objetivo de eliminarcualquier posible perturbacin de energaocasionada por el par de arranque del motorde la bomba.

Para la transmisin de datos, la extraccinde la informacin es a travs de un puertoserial tipo RS232, este puerto serial es uninterfaz que sirve para enviar la informacincontenida en la memoria del medidor (TimeKeeping RAM) a una computadora personal(ver figura 6.1).

Para utilizar el programa de comunicacinse debe contar con un cable serial de nuevepines y una computadora con las siguientescaractersticas mnimas:

1. Microprocesador 80486

2. 8 MB de memoria RAM3. Sistema operativo Windows 954. Un puerto serial libre

Fotografa 6.4 Conexin del medidoa la bomba del pozo

Figura 6.1 Fuente de alimentacin ysalida de informacin

Fotografa 6.5 Los fabricantes,proporcionan el software necesariopara capturar y transmitir los datos


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7. MANTENIMIENTOBASICO

7.1 GENERALIDADES

La placa de orificio es usada en la medicinde lquidos limpios y no es aplicable afludos con altas concentraciones de slidosen suspensin, debido a la tendencia de losslidos a acumularse aguas arriba de laplaca, ocasionando que se presentenvariaciones en los coeficientes de descargay por lo tanto, una medicin imprecisa delgasto.

7.2 ELEMENTOS PRIMARIOS

Antes de realizar cualquier accin de

mantenimiento, es conveniente realizar unaforo para evaluar el coeficiente dedescarga Cd, si el valor del coeficiente hacambiado se deber efectuar una limpiezageneral, poniendo especial atencin en losslidos sedimentados en la placa de orificio.

7.3 ELEMENTOS SECUNDARIOS

Resulta importante que las tomas de presinse encuentren libres de sedimentos, paraque su funcionamiento sea el ptimo, por locual su limpieza debe ser peridica.

Una vez que el equipo este limpio, se

pueden emplear los coeficientes dedescarga originales.

En lo que respecta al sistema electrnico,este no se ve afectado por vibraciones odesajustes y su mantenimiento es mnimo,se limita a inspecciones visuales.

Fotografa 7.2. La limpieza peridica delas tomas de presin permiten que sufuncionamiento sea el ptimo

Figura 7.1 La limpieza de las arenasque se acumulan antes de la placaorificio permiten que la medicin delasto sea recisa

La placa de orificio tiene la granventaja de no tener partes mvilesque sufran desgaste y requieranespecial cuidado.

Su mantenimiento se limita aactividades de limpieza.


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8. VENTAJAS YDESVENTAJAS

V E N T A J A S D E S V E N T A J A S

Pocas restricciones de instalacin Rango limitado de medicinConfiabilidad y simplicidad en el diseo No apto para flujos con partculas en suspensinBajo costo Requiere verificacin continuaFcil manejo Deterioro con el tiempoSin piezas mviles Alta prdida de carga

Requiere longitud de tramo recto aguas arribaBuena precisin (1%)Sensible a la turbulencia aguas arriba

En cada caso, es necesario evaluar lasventajas y desventajas de la placa orificio

para decidir si es conveniente instalareste tipo de medidor..

Tabla 8.1 Tabla de ventajas y desventajas


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9. LISTADO DEPRINCIPALES

PROVEEDORES

En la tabla se muestran los principales proveedores a nivel nacional, con sus datos respectivos.

E M P R E S A A T E N C I N D A T O S

HIDRONICA. S.A. DE C.V. Ing. Antonio Espinoza Olmedo Diego Becerra 69, Col. San JosInsurgentes, Mxico, D.F.Tel. 01-5-6604636E-mail: [email protected]

GRUPO PIFUSA, S.A. DE C.V. Ing. Jos Froylan Inocencio Andre Ma. Ampere No. 3Col. Parque Industrial Cuaumatla, C.P.54730, Cuautitln, Izcalli, Edo. de Mx.

Tabla 9.1. Proveedores nacionales


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AUTOEVALUACIN 2

11.- Cules son los dimetros mnimo ymximo para emplear la placa orificio?

a) 4 y 36 pulgb) 2 y 50 pulgc) 6 y 24 pulgd) No hay lmites

12.- Cuales son los valores mnimo ymximo para la relacin de dimetros ?a) 0.20 y 0.75b) 0.40 y 0.90c) 0.15 y 0.60d) 0.10 y 0.80

13.- Cuantas formas existen de colocarlas tomas de presin ?

a) Cuatrob) Dos

c) Tresd) Seis

14.- Cules son las tres principalescaractersticas a revisar en el sitio paradecidir si es conveniente la colocacin deuna placa orificio ?

a) Temperatura del agua, las longitudesnecesarias de tramo recto y costo deoperacinb) Las longitudes necesarias de tramo recto,la relacin de dimetros y la temperatura delagua

c) La viscosidad del agua, el costo deoperacin y la relacin de dimetrosd) Costo de operacin, naturaleza del flujo ylas longitudes necesarias de tramo recto

15.- Que dispositivo es indispensablecolocar al final en instalaciones quedescargen a la atmsfera?

a) Un cuello de gansob) Ningunoc) Un desarenadord) Un manmetro diferencial

16.- De que depende la viscosidadcinemtica del agua?a) De la presin en la tubera

b) De la temperatura del aguac) Del dimetro de la tuberad) Del gasto

17.- Con que elementos se realiza elregistro de los datos ?a) Con los elementos secundariosb) Con los elementos primariosc) Con los elementos terciariosd) Ninguna de las anteriores

18.- Cul es la principal tarea demantenimiento ?a) La calibracin del equipob) El sensado de presionesc) El registro de datos histricosd) La limpieza de los elementos primarios

19.- Que caracterstica deben de tenerlas tomas de presin para que sufuncionamiento sea ptimo ?a) Que su ubicacin sea correctab) Que sean importadas

c) Que la temperatura del agua sea mayor a12 Cd) Que se encuentren libres de sedimentos

20.- De que tipo es el puerto serial decomunicaciones ?a) No importa el tipob) Tipo RS323c) Tipo RS232


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REFERENCIAS

- Comisin Nacional del Agua,Subdireccin General de InfraestructuraHidrulica Urbana e Industrial, Gerencia

de Normas Tcnicas, III.3.1SELECCIN E INSTALACION DEEQUIPOS DE MACROMEDICION,Mxico, D.F., 1994.

- International Standard ISO 2186, firstedition. FLUID FLOW IN CLOSEDCONDUITS Connections for pressuresignal transmissions between primaryand secondary elements. Switzerland,1991.

- International Standard ISO 5167-1, firstedition. MEASUREMENT OF FLUIDFLOW BY MEANS OF PRESSUREDIFERENTIAL DEVICES. Part 1: Orificeplates, nozzles and Venturi tubesinserted in circular cross-sectionconduits running full. Switzerland, 1991.

- United States Bureau of Reclamation(U.S.B.R.), WATER MEASUREMENTMANUAL, Chapter 14, Measurements inPressure Conduits. Third edition, U.S.Government Printing Office, Washington,DC, 1997.http://www.usbr.gov/wrrl/fmt/wmm/

RESULTADOS DE LASAUTOEVALUACIONES

Pregunta Respuesta

1 b2 a3 a4 c5 a6 b7 d8 d9 b10 a11 b12 a13 c14 d15 a16 c17 a18 d19 d20 c


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ESTA ES LACONTRAPORTADA

INTERNA Y AQU SEALOJAR EL DISCOCOMPACTO CON SU

FUNDA

LA SIGUIENTE PGINAES LA

CONTRAPORTADAEXTERIOR


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SEMARNAP CNA IMTA

SERIE AUTODIDCTICA DE MEDICIN DEL AGUA

Subdireccin General de Administracin del Agua, CNACoordinacin de Tecnologa Hidrulica, IMTASERIE AZUL

Nmero de ISBN Ttulo Autor

968-7417-64-1 Mtodos y Sistemas de Medicin de Gasto Ochoa, A. L.

968-7417-65-X Medidor Ultrasnico Tiempo en Trnsito Bourguett, O. V.

968-7417-66-8 Medidor Ultrasnico de Efecto Doppler para Tuberas Patio, G. C.

968-7417-67-6 Medidor Ultrasnico de efecto Doppler para Canales Pedroza, G. E.

968-7417-68-4 Medidor Electromagntico Buenfil, R. M.

968-7417-69-2 Tubo Pitot Ruiz, A. A.

968-7417-70-6 Placa Orificio Rivas, A. I.

968-7417-48-X Aforador de Garganta Larga Garca, V. N.

Vargas, D. S.

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