Venturímetro: Definición, Partes, Funcionamiento, Ecuación, Aplicaciones, Instalación (Con PDF)

Venturímetro es un tipo de caudalímetro que funciona según el principio de la ecuación de Bernoulli. Este dispositivo se usa ampliamente en las industrias del agua, química, farmacéutica y de petróleo y gas para medir las tasas de flujo de fluidos dentro de una tubería. El área de la sección transversal de la tubería se reduce para crear una diferencia de presión que se mide con un manómetro para determinar la tasa de flujo del fluido. Por lo tanto, el medidor venturi es un medidor de flujo de tipo cabezal diferencial que convierte la energía de presión en energía cinética. El principio del Venturímetro fue demostrado por Giovanni Batista Venturi (de ahí el nombre de Venturímetro), pero Clemens Herschel lo utilizó por primera vez en aplicaciones prácticas de medición. En este artículo, exploraremos las partes, los principios de funcionamiento, las ecuaciones y las aplicaciones del Venturímetro.

Diagrama de Venturímetro y Partes

Un venturímetro consta de cuatro partes:

  1. Sección de entrada cilíndrica
  2. Sección convergente cónica
  3. garganta cilíndrica y
  4. Salida cónica divergente

La Fig. 1 a continuación muestra un diagrama de venturimetro típico con sus partes.

Diagrama de Venturímetro con Partes
Fig. 1: Diagrama típico de venturímetro con piezas

Hay dos tomas en el medidor de venturi para medir la presión; la toma de presión aguas arriba está ubicada a una distancia de la mitad del diámetro de la tubería (D/2) aguas arriba de la entrada convergente, mientras que la toma de presión aguas abajo está ubicada en la garganta (d/2) como se muestra en la Fig. 1.

  • Sección Cilíndrica de Entrada: La entrada del venturímetro es una sección cilíndrica recta con una longitud de 5 a 8 veces el diámetro de la tubería.
  • Sección cónica de convergencia: en esta sección, el diámetro del tubo del medidor venturi disminuye gradualmente. El ángulo cónico es normalmente 21 0 ± 2 0 . Mientras el líquido fluye dentro del venturímetro, la velocidad del fluido aumenta a expensas de una disminución de la presión.
  • Garganta cilíndrica: La garganta consta del diámetro mínimo del venturímetro. En la sección de garganta, la velocidad es máxima y la presión es mínima. Normalmente, el diámetro de la garganta = 1/3 a 1/4 del diámetro de la tubería de entrada.
  • Sección cónica divergente: en esta sección del venturímetro, el diámetro del tubo aumenta gradualmente. Por lo tanto, la presión vuelve a acumularse hasta la presión de entrada original. El ángulo del cono es 5-7 0 . El estándar británico BS-1042 especifica dos ángulos cónicos, 5–7 0 y 14–15 0 para el cono de salida.

Materiales para Venturímetro

Los venturímetros pequeños están hechos de latón, vidrio o bronce y los venturímetros grandes están hechos de hierro fundido, acero o acero inoxidable.

Principio de funcionamiento del venturimetro

Cuando un fluido fluye a través de un venturímetro, acelera en la sección convergente y luego desacelera en la sección divergente. La diferencia de presión entre una sección aguas arriba y la garganta se mide con un manómetro. Utilizando esa presión diferencial, aplicando la Ecuación de Bernoulli y la Equitación de Continuidad se puede estimar el caudal volumétrico. En la siguiente sección, se discuten las ecuaciones del venturímetro para encontrar el valor de descarga.

Ecuaciones del Venturímetro

El principio de Bernoulli establece la relación entre la presión (P), la energía cinética y la energía potencial gravitacional de un fluido dentro de una tubería. La forma matemática de la ecuación de Bernoulli se da como:

Ecuación de Bernoulli para venturimetro

Dónde,

  • p= presión dentro de la tubería
  • ρ = densidad del fluido
  • g = constante gravitacional
  • v = velocidad
  • z=elevación o cabeza
  • a = área de la sección transversal de la tubería
  • d= diámetro de la tubería

Los sufijos 1 y 2 se utilizan para indicar dos áreas diferentes; 1 denota una sección de entrada cilíndrica y 2 denota una sección de garganta.

Ahora como la tubería es horizontal; no hay diferencia en la elevación de la línea central de la tubería; Entonces, z 1 = z 2 . Reordenando la ecuación anterior obtenemos lo siguiente:

(p 1 -p 2 )/ρg = (v 2 -v 2 )/2g

(p  – p 2 )/ ρg es la diferencia de cabezas de presión en las secciones 1 y 2 que es igual a h que se puede medir en el manómetro diferencial. Entonces la ecuación anterior se convierte en

h=(v 2 -v 2 )/2g……….ecuación. 1

Ahora aplicando ecuaciones de continuidad entre las mismas secciones 1 y 2, obtenemos

1 v 1 =a 2 v 2 o v 1 =(a 2 v 2 )/a 1

Poniendo este valor de v 1 en la ecn. 1 y resolviendo obtenemos,

Entonces, la tasa de flujo a través de la garganta (Q) se puede calcular como Q=a 2 v 2 ; Sustituyendo el valor anterior de v 2 obtenemos,

Ecuación de caudal ideal a través de la garganta del venturimetro

Esta Q representa la descarga teórica del medidor Venturi en condiciones ideales. Pero en la práctica real, siempre habrá alguna pérdida por fricción. Por lo tanto, la descarga real siempre será menor que la descarga teórica. Entonces, para calcular la descarga real, el valor Q anterior se multiplica por Cd, denominado Coeficiente de descarga del venturímetro. Entonces, la tasa de flujo real a través de la garganta del venturímetro estará dada por la siguiente ecuación.

Tasa de flujo real a través del venturímetro

Coeficiente de Descarga del Venturímetro (C d )

El coeficiente de descarga del venturimetro, Cd, se define como la relacion entre el caudal real a traves del tubo del venturi y el caudal teorico. Entonces el coeficiente de descarga del medidor venturi está dado por:

d =Q acto /Q

Como Q real siempre será menor que Q teórico debido a las pérdidas por fricción, el valor de C d siempre es menor que 1.0.

El rango típico del coeficiente de descarga de un medidor Venturi es de 0,95 a 0,99, pero se puede aumentar con el mecanizado adecuado de la sección convergente. El valor del coeficiente de descarga del venturímetro difiere de un caudalímetro a otro según la geometría del venturímetro y el número de Reynolds.

El código ISO-5167 proporciona los valores de los coeficientes de descarga del venturímetro. Para una medición precisa del flujo, normalmente se especifica el requisito de longitud recta aguas arriba y aguas abajo del venturímetro.

Tipos de venturímetros

Normalmente hay tres tipos de venturímetros disponibles:

  • Venturímetro horizontal: este tipo de venturímetro tiene la energía cinética más alta y la energía potencial más baja.
  • Venturímetro vertical: este tipo tiene la energía potencial máxima y la energía cinética mínima.
  • Venturímetro inclinado: tanto la energía potencial como la cinética se encuentran entre los dos tipos mencionados anteriormente.

Aplicaciones del Venturímetro

Los venturímetros encuentran una amplia aplicación en las industrias de fluidos. Las principales aplicaciones de los venturímetros incluyen

  • Utilizado en carburadores de motor (sector de automóviles) para medir el flujo de aire
  • Se utiliza en industrias de procesos (industrias de tuberías de energía y procesos) para medir y controlar el flujo del proceso.
  • En la industria médica, el flujo sanguíneo en las arterias se mide con venturímetros.
  • Mide el flujo de fluido dentro de las tuberías (industrias de petróleo y gas)

Ventajas y desventajas del venturimetro

Ventajas del venturímetro:

  • Proporcionan resultados precisos.
  • La precisión del venturímetro no depende de la temperatura y la presión dentro de la tubería.
  • Sin parte móvil.
  • Muy baja pérdida de energía.
  • Amplia aplicabilidad para agua, sólidos en suspensión, gases, lodos, productos químicos, líquidos sucios, etc.
  • Alto coeficiente de descarga y muy baja caída de presión.
  • Los venturímetros se pueden instalar en dirección horizontal, inclinada o vertical.
  • Muy menos posibilidades de estar obstruido.
  • La recuperación de presión del venturímetro es muy alta. La presión de descarga está casi cerca de la presión de entrada.

Desventajas del venturímetro:

  • Los medidores Venturi son de gran tamaño; tan difícil de instalar donde hay limitaciones de espacio.
  • Caro en comparación con otros tipos de caudalímetros
  • Rango limitado de medición de flujo
  • No apto para tuberías de diámetro muy pequeño.

Códigos y Normas del medidor Venturi

Los códigos y estándares que brindan pautas relacionadas con los medidores de venturi son

  • Norma ISO 5167
  • ISO 9300
  • AWWA M33
  • ISO TR 15377
  • BS 1042
  • ASME MFC-8M
  • ASTM D2458
  • AGA 9

Instalación de un medidor de venturi

La instalación adecuada del medidor venturi es la clave para un funcionamiento ideal. Por lo tanto, la instalación de medidores venturi debe realizarse siguiendo las pautas del fabricante. Normalmente, se deben seguir las siguientes pautas al instalar un medidor venturi en un sistema de tuberías o tuberías:

  • La flecha de dirección del flujo en el medidor de venturi debe verificarse e instalarse para que coincida con la dirección del flujo.
  • Las bridas en los extremos del medidor venturi deben estar correctamente alineadas con las bridas de las tuberías.
  • El soporte de tubería no debe colocarse en medidores venturi.
  • Los pernos no deben apretarse demasiado.
  • Las tolerancias de instalación deben estar dentro de los estándares de la industria.
  • Las tomas de presión deben orientarse horizontalmente para aplicaciones de servicio de líquidos.
Conexiones de presión del medidor Venturi
Fig. 2: Conexiones de presión del medidor Venturi

Requisito de tramo recto de tubería aguas arriba y aguas abajo del medidor Venturi

Para un funcionamiento adecuado y resultados precisos, el flujo a través de los medidores venturi debe estabilizarse. Esto requiere requisitos mínimos de longitud de tubería recta aguas arriba y aguas abajo del medidor venturi. Según el tipo de conexión, el tipo de medidor de venturi y la relación beta (el diámetro de la garganta dividido por el diámetro de la entrada), el requisito del tramo recto varía. La siguiente imagen (Fig. 2) proporciona una tabla de muestra que proporciona los requisitos típicos de las patas de resistencia al instalar un medidor de venturi en un sistema de tuberías.

Requisitos de tubería del medidor Venturi
Fig. 3: Requisitos de tubería del medidor Venturi

Diferencia entre el medidor Venturi y el medidor de orificio

Las principales diferencias entre un venturímetro y un medidor de orificio se tabulan a continuación:

Medidor VenturiMedidor de orificio
Diseño complejoFácil de fabricar
Requisito de gran espacioRequisito de espacio relativamente menor
Baja pérdida de energíaComparativamente más pérdida de energía
CaroMás económico
Alto coeficiente de descargaBajo coeficiente de descarga
Recuperación de alta presiónRecuperación de presión relativamente menor
Venturímetro vs Orificiometro

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