Calculadora de caudal con Venturi

¿Cómo mide el caudal un Venturi?

Un medidor Venturi estrecha suavemente la sección de la tubería y vuelve a ensancharla. En la sección estrecha (garganta), el flujo acelera y, según Bernoulli, la presión disminuye. Se mide la diferencia entre entrada y garganta para obtener el caudal: Q = Cd × A2 × √(2 × Δp / (ρ × (1 − β⁴))), donde A2 es el área de la garganta, β la relación entre los diámetros de garganta y tubería, y Cd el coeficiente de descarga.

De dónde procede la fórmula

La continuidad relaciona las velocidades: v1 × A1 = v2 × A2. Bernoulli relaciona la diferencia de presión con los cuadrados de las velocidades: p1 − p2 = ρ × (v2² − v1²) / 2. Al combinar ambas se obtiene la relación anterior. Cd contempla la pequeña pérdida por fricción del flujo real.

Ejemplo

Una tubería de 100 mm tiene una garganta de 50 mm y la diferencia medida para agua es 20 kPa. Entonces β = 0,5 y 1 − β⁴ = 0,9375. La velocidad teórica en la garganta es √(40.000 / 937,5) = 6,53 m/s. Con Cd = 0,98, el caudal es 0,98 × 0,001963 × 6,53 = 0,01257 m³/s, o 12,6 litros por segundo.

Límites

El cálculo es para flujo incompresible en tubería llena. El coeficiente de descarga es específico del medidor y el valor ofrecido de 0,98 es aproximado. La medición de gas requiere un factor de expansibilidad y la transferencia de custodia requiere ISO 5167. El resultado no es válido si hay cavitación en la garganta.

La diferencia de presión no es la pérdida permanente

La diferencia entre entrada y garganta está relacionada con el aumento de velocidad en la contracción. No es la pérdida permanente de presión que queda a la salida del medidor. No sumes directamente esta diferencia como pérdida total del medidor al calcular la altura de bombeo. La diferencia tampoco determina por sí sola la presión absoluta en la garganta. Evaluar la cavitación requiere información de presión adicional.

Para una comprobación manual, elige coeficiente ideal 1, diámetro de entrada 80 mm, garganta 40 mm, densidad de ejemplo 1000 kg/m³ y diferencia 7,5 kPa. La relación de diámetros es 0,5 y el término corrector 0,9375. El radicando es 2 × 7500/(1000 × 0,9375) = 16, dando una velocidad en la garganta de 4 m/s. Al multiplicar por el área de garganta, el caudal es 1,6π L/s, aproximadamente 5,02655 L/s. El área de entrada es cuatro veces mayor, así que su velocidad es 1 m/s.

Este ejemplo comprueba el modelo ideal y no recomienda un coeficiente real. Con geometría y coeficiente fijos, el caudal varía con la raíz cuadrada de la diferencia de presión. Un aumento de esta diferencia no implica el mismo aumento proporcional del caudal. En el cálculo inverso, el cambio de caudal interviene al cuadrado.