Todo Sobre las Placas de Orificio y los Medidores de Flujo de Orificio

Aprenda todo sobre las Placas de Orificio y los Medidores de Flujo de Orificio: qué son, cómo funcionan, los distintos tipos de placas de orificio, las bridas de orificio y las tomas de presión, cómo armar un medidor de flujo de orificio completo, ventajas, desventajas, precisión, instalación, placas de orificio frente a venturis, orificios de restricción, precios, y más.

¿Qué Es una Placa de Orificio?

Una placa de orificio es una placa metálica delgada con una abertura mecanizada con precisión que se instala en una tubería para restringir el flujo de fluido y generar una caída de presión. Es el ejemplo más común y más económico de un elemento primario en un medidor de flujo de presión diferencial. Un transmisor de presión diferencial mide la presión a cada lado de la placa y convierte esa diferencial de presión en flujo. Juntos, la placa y el transmisor conforman un medidor de flujo de orificio completo. Las placas de orificio KPL de KOBOLD están disponibles en acero inoxidable, acero al carbono y otros materiales para tamaños de línea desde 2″ hasta 24″, a presiones de hasta 6090 psi y temperaturas de hasta 930 °F (498 °C), cubriendo servicio con líquidos, gases y vapor.

¿Cómo Funciona un Medidor de Flujo de Orificio?

Un medidor de flujo de orificio funciona según el Principio de Bernoulli: forzar al fluido a pasar por una abertura más pequeña hace que se acelere, y a medida que aumenta su velocidad, su presión disminuye. Cuanto más rápido es el flujo, mayor es la caída de presión a través de la placa.

Las tomas de presión a cada lado de la placa de orificio llevan las presiones aguas arriba y aguas abajo hasta un transmisor de presión diferencial. El transmisor mide la diferencia y aplica una relación bien establecida: el caudal es proporcional a la raíz cuadrada de la presión diferencial, escrita como Q ∝ √(ΔP). Transmisores como el KOBOLD PAD realizan este cálculo internamente y entregan una señal de flujo directa.

Para conocer toda la historia de la física y la familia tecnológica más amplia a la que pertenecen las placas de orificio, consulte nuestro artículo complementario: Todo Sobre los Medidores de Flujo de Presión Diferencial.

¿Cuáles Son los Tipos de Placas de Orificio?

No todos los fluidos de proceso se comportan igual, por lo que las placas de orificio vienen en varios estilos de abertura. Elegir el estilo adecuado para el fluido es una parte importante de lograr una medición precisa y sin contratiempos. KOBOLD fabrica una variedad de estilos de orificio para adaptarse a muchas aplicaciones:

• Concéntrica: El estilo estándar de propósito general. Una abertura cilíndrica centrada en la placa, con una entrada de borde afilado y una salida cónica. Es el caballo de batalla para líquidos limpios, gases y vapor.
• Bidireccional: Una abertura cilíndrica sin bisel de entrada ni de salida, de modo que mide igual de bien tanto si el flujo va hacia adelante como en reversa.
• Cuarto de círculo: Una entrada cónica en cuarto de círculo diseñada para flujos con número de Reynolds pequeño.
• Entrada cónica: Una entrada y salida cónicas para flujos con número de Reynolds muy pequeño.
• Segmental: Una abertura en forma de medio círculo posicionada para que lodos, líquidos que transportan sólidos, o líquidos con burbujas de gas puedan pasar sin acumularse en la placa.
• Excéntrica: Una abertura circular descentrada por la misma razón, permitiendo que sólidos y burbujas pasen en lugar de acumularse.

El número de Reynolds es un valor estándar de dinámica de fluidos que describe si un flujo es turbulento (rápido, agitado, bien mezclado) o laminar (lento, suave, en capas). Los fluidos espesos y los flujos muy lentos tienen números de Reynolds pequeños, y los estilos de cuarto de círculo y entrada cónica existen para mantener la precisión de la medición de orificio precisamente en esas condiciones.

¿Qué Son las Bridas de Orificio y las Tomas de Presión?

Para medir la caída de presión, la tubería necesita pequeñas aberturas llamadas tomas de presión a cada lado de la placa. La ubicación de esas tomas respecto a la placa está estandarizada, y las disposiciones comunes para instalaciones de orificio tienen nombres:

• Tomas de brida: Ubicadas 1″ antes y 1″ después de la placa de orificio.
• Tomas de esquina: Ubicadas inmediatamente antes y después de la placa.
• Tomas D-D/2: Ubicadas a un diámetro de tubería aguas arriba y medio diámetro de tubería aguas abajo.

La forma más sencilla de colocar bien las tomas es no perforarlas en campo. Las uniones de brida de orificio pretaladradas llegan con las tomas ya mecanizadas en su posición precisa, lo que reduce la mano de obra de instalación y protege la precisión de la medición. KOBOLD ofrece bridas de orificio pretaladradas para usar con instalaciones de placa de orificio KPL.

¿Qué Se Necesita para Armar un Medidor de Flujo de Orificio Completo?

Un medidor de flujo de orificio es en realidad un pequeño sistema, y conocer la lista de componentes hace que la tecnología sea mucho menos misteriosa:

• La placa de orificio: Crea la caída de presión. Fabricada a medida para su tamaño de tubería y condiciones de flujo.
• Bridas de orificio con tomas de presión: Sostienen la placa en la línea y proporcionan los puntos de medición.
• Líneas de impulso: Tubería de pequeño diámetro que lleva las dos presiones desde las tomas hasta el transmisor.
• Una válvula múltiple (manifold): Un bloque de válvulas de 3 o 5 vías que permite aislar, verificar el cero, purgar y dar servicio al transmisor sin detener el proceso.
• Un transmisor de presión diferencial: Mide la diferencia de presión y la convierte en una señal de flujo.

En términos de KOBOLD, eso es una placa de orificio KPL combinada con un transmisor de presión diferencial PAD. El PAD ofrece una precisión de ±0,075% del span calibrado, entrega una salida de 4-20 mA con HART, e incluye una pantalla local estándar de 5 dígitos, autodiagnóstico continuo y configuración remota.

También vale la pena saber que la mitad correspondiente al transmisor de este sistema es uno de los instrumentos más versátiles en la medición de procesos. Conectado de otra manera, ese mismo PAD mide nivel de tanque o condición de filtro en lugar de flujo. Nuestro artículo sobre transmisores de presión diferencial para flujo, nivel y presión profundiza en esa versatilidad.

¿Existen Medidores de Flujo de Orificio con Todo Integrado?

Sí. Si prefiere evitar por completo la lista de componentes, un medidor de flujo de orificio integrado combina el elemento de orificio y la lectura en un solo instrumento que llega como un conjunto precalibrado y acoplado. El RCM de KOBOLD es un medidor de flujo de lectura directa de tipo orificio para líquidos, gases y vapor, con un diseño compacto que se instala en tuberías horizontales o verticales, maneja caudales de hasta 3.000 GPM para líquidos o 20.000 SCFM para gases, y ofrece pantallas digitales o mecánicas. Su hermano, el RCD, adopta el enfoque integrado con un elemento venturi para líquidos en líneas de ½″ a 3″.

La disyuntiva entre sistemas integrados y sistemas armados por componentes se reduce a simplicidad frente a flexibilidad, y la explicamos en detalle en el artículo Todo Sobre los Medidores de Flujo de Presión Diferencial. En resumen: los medidores integrados ganan en velocidad y simplicidad, mientras que los sistemas por componentes ganan en capacidad de servicio y condiciones extremas.

¿Cuáles Son las Ventajas y Desventajas de la Medición de Flujo con Placa de Orificio?

Las placas de orificio se han ganado su posición como el elemento primario más utilizado por buenas razones:

• Económicas y robustas: Una placa mecanizada con precisión resulta económica en comparación con casi cualquier otra tecnología de flujo, y hay muy poco que pueda romperse.
• Sin partes móviles: Nada gira ni se desgasta en la corriente de flujo, lo que significa mantenimiento mínimo y una vida útil prolongada.
• Altamente repetibles: La caída de presión que produce una placa de orificio es consistente y predecible, lo cual es la base de una medición confiable.
• Funcionan con casi cualquier fluido: Líquidos, gases y vapor, con opciones de material para medios corrosivos y estilos de abertura para medios sucios.
• Escalan de forma económica a tuberías grandes: Una placa para una línea de 24″ cuesta menos que un medidor de flujo de cuerpo completo para la misma línea.

Las contrapartidas a tener en cuenta:

• Pérdida de presión permanente: La restricción abrupta consume más presión que un venturi o un tubo pitot. Si su sistema no puede permitirse esa pérdida de presión, otro elemento primario puede ser más adecuado.
• Requisitos de tramo recto: Como toda medición DP, las placas de orificio necesitan un flujo estable y completamente desarrollado, lo que implica tramos rectos de tubería antes y después de la instalación.
• Sensibilidad a las propiedades del fluido: Los cambios de densidad afectan la lectura, lo cual importa más en gases y vapor.
• Desgaste del borde: La precisión de una placa de orificio depende de su borde de entrada afilado. Los medios abrasivos o sucios pueden redondear gradualmente ese borde y desviar la medición, por lo que las placas en servicio exigente deben inspeccionarse periódicamente.

¿Pueden las Placas de Orificio Medir Gas y Vapor?

Sí. La KPL está clasificada para servicio con líquido, gas o vapor. El gas y el vapor son territorio central de las placas de orificio, y esta tecnología suele ser la elegida específicamente para ellos, en particular en tamaños de tubería grandes.

La salvedad es la densidad. A diferencia de los líquidos, los gases y el vapor cambian significativamente de densidad al variar la temperatura y la presión, y la densidad afecta directamente el cálculo del flujo. El medidor debe configurarse para sus condiciones de operación reales, y si esas condiciones varían en servicio, la lectura necesita compensación en tiempo real mediante sensores externos de temperatura y presión. Si su proceso tiene una densidad genuinamente variable, los medidores de flujo vórtice multivariable DVE y DVH de KOBOLD incorporan esa compensación.

¿Qué Tan Precisa Es una Placa de Orificio como Medidor de Flujo?

La precisión depende de tres cosas: la precisión de la placa, la calidad de la instalación y el transmisor que la lee. Cada placa de orificio KPL de KOBOLD tiene especificaciones de precisión propias, ya que se fabrican a medida para su diámetro de tubería y condiciones de flujo específicos, con cálculos de dimensionamiento y determinación del coeficiente de flujo incluidos. Combinada con el transmisor PAD a ±0,075% del span calibrado, un sistema de orificio correctamente instalado según la norma DIN EN ISO 5167-2 ofrece la precisión adecuada para un control de proceso exigente.

Para los medidores integrados de monitoreo, el RCM entrega ±3% del valor de escala completa, lo cual encaja bien con funciones como agua de enfriamiento, chillers, ósmosis inversa y sistemas de aceite lubricante. Sea cual sea el sistema, la precisión solo se logra cuando se respetan los requisitos de tramo recto y la calibración coincide con el fluido real y las condiciones de operación.

Placa de Orificio vs. Venturi: ¿Cuál Debería Usar?

Una placa de orificio es la opción simple, compacta y económica: fácil de instalar, fácil de inspeccionar, y disponible en estilos para casi cualquier fluido. Su restricción abrupta, sin embargo, provoca una pérdida de presión permanente.

Un venturi estrecha y ensancha el flujo de forma gradual, de modo que el fluido recupera la mayor parte de su presión aguas abajo. Eso convierte a los venturis en la opción para fluidos de alta velocidad, instalaciones preocupadas por la eficiencia energética, y sistemas como el tratamiento de agua donde la recuperación de presión es crucial, a un costo más alto para el elemento en sí. Si la pérdida de presión no es un factor limitante, la placa de orificio suele ser la respuesta más económica.

¿Cómo Se Instala una Placa de Orificio?

La calidad de la instalación determina directamente la calidad de la medición. Las pautas:

• Comience siempre con la documentación de su placa e instalación exactas, ya que los requisitos varían según el estilo y el tamaño de línea.
• Respete los requisitos de tramo recto, que para las placas de orificio KPL siguen la norma DIN EN ISO 5167-2. Si el trazado de su tubería no puede ofrecer esos tramos, las placas acondicionadoras de flujo (ZUB-FCZ) o los enderezadores de flujo (ZUB-FSB) pueden sustituir la longitud de tubería. Nuestro artículo sobre requisitos de tramos rectos para medidores de flujo explica por qué esto importa.
• Oriente la placa correctamente. Las placas de orificio pueden instalarse al revés, y la dirección del flujo importa. Verifique la orientación antes de embridar.
• Selle correctamente, asegurando un sellado adecuado de las juntas en las bridas.
• Diseñe las líneas de impulso con cuidado: tubería de ¼″ a ½″, lo más corta posible, inclinada hacia arriba para servicio con gas y hacia abajo para servicio con líquido, en un material compatible con el fluido de proceso.
• Instale una válvula múltiple (manifold) (de 3 vías para bloquear e igualar, de 5 vías para agregar purga) de modo que el transmisor pueda recibir servicio sin detener el proceso.
• Monte el transmisor cerca de las tomas, en un lugar accesible para mantenimiento, y por debajo de los puntos de toma para servicio con líquido.
• Realice una puesta en marcha adecuada: prueba de fugas, calibración de cero y verificación de span antes de confiar en las lecturas.
• Inspeccione periódicamente. Las placas de orificio pueden dañarse o obstruirse en servicio, y una ventaja del diseño por componentes es que la placa puede inspeccionarse y limpiarse sin tocar ninguna parte electrónica.

¿Cuánto Cuesta un Medidor de Flujo de Placa de Orificio?

Las placas de orificio son uno de los elementos primarios más económicos en la medición de flujo. Un sistema completo armado por componentes requiere la placa, las bridas y tomas, una válvula múltiple, y un transmisor de presión diferencial, mientras que un medidor integrado como el RCM es una sola compra.

Dado que las placas KPL se fabrican a medida según su diámetro de tubería y condiciones de flujo, el precio depende del tamaño de línea, los materiales y la configuración. Para conocer el precio actual de cualquier configuración, visite la página del producto KPL o contacte a nuestro equipo para una cotización adaptada a su aplicación.

¿Los Medidores de Flujo de Orificio Tienen Contactos de Conmutación?

Sí. Si su aplicación necesita una alarma o una acción de control a un caudal específico, protección por bajo flujo en una bomba, por ejemplo, el RCM integrado está disponible con alarmas opcionales y señales de salida que incluyen salidas analógicas, de conmutación, de frecuencia y HART. En un sistema armado por componentes, el transmisor PAD proporciona la señal sobre la cual puede actuar su sistema de control.

¿Cuál Es la Diferencia Entre una Placa de Orificio y un Orificio de Restricción?

Se parecen y los nombres se confunden constantemente, pero cumplen funciones opuestas. Una placa de orificio de medición está diseñada para crear una caída de presión precisa y repetible a partir de la cual se pueda calcular el flujo. La pérdida de presión es el efecto secundario necesario, y la medición es el objetivo.

Un orificio de restricción se instala específicamente para crear la caída de presión o limitar el flujo, y no se está midiendo nada. La restricción es el objetivo. Si lo que realmente necesita es controlar o limitar el flujo en lugar de medirlo, está buscando un dispositivo completamente distinto, y nuestro artículo sobre restrictores y reguladores de flujo cubre esa familia en profundidad.

Fabricantes de Placas de Orificio

KOBOLD se enorgullece no solo de fabricar soluciones de medición de flujo por orificio, desde placas de orificio KPL personalizadas y transmisores PAD hasta el RCM integrado, sino también de venderlos y respaldarlos directamente, a diferencia de muchos fabricantes. Cada KPL se fabrica a medida para el diámetro de tubería y las condiciones de flujo específicas a las que servirá, con los cálculos de dimensionamiento y la determinación del coeficiente de flujo correspondientes incluidos. Muchas empresas mecanizan placas de orificio; creemos que la ingeniería detrás de las nuestras, y el soporte que las acompaña, las convierten en uno de los mejores valores del mercado.

¿Cómo Elijo una Placa de Orificio?

La respuesta corta: ¡nos encantaría hacerlo por usted! La selección de una placa de orificio es genuinamente una tarea de ingeniería. El estilo de abertura debe coincidir con su fluido, el diámetro del orificio debe dimensionarse para su rango de flujo y tubería, y los materiales deben resistir su proceso. KOBOLD incluye los cálculos de dimensionamiento y la determinación del coeficiente de flujo con cada KPL, para que usted nunca tenga que adivinar.

En lugar de resolverlo por su cuenta, permítanos ahorrarle el tiempo, de forma gratuita. Programe una consulta de ingeniería gratuita, llámenos al 1-800-998-1020, o escríbanos a info@koboldusa.com, y nuestros ingenieros de aplicación le recomendarán una solución de orificio (o le dirán honestamente si otra tecnología es más adecuada) para su proceso exacto.