1. Se presentan dos métodos (Crane y Spink) para calcular el diámetro de orificios de restricción para regular flujos de líquidos, gases y vapor. 2. Los métodos involucran el cálculo de parámetros como caudal volumétrico, densidad, viscosidad, caída de presión y diámetro de tubería para determinar el diámetro del orificio. 3. Se incluyen ejemplos numéricos para líquido, gas y vapor sobrecalentado ilustrando los pasos de cálculo de ambos métodos.

1. 1
 ORIFICIOS DE RESTRICCION
Los orificios de restricción se usan para regular flujos no críticos tales como
purgas. Tamaños grandes (4 pulgadas) son montadas entre bridas, y tamaños
pequeños (una pulgada) son montados en unión.
El cálculo de líquido esta basado sobre el procedimiento de dimensionamiento
de orificios, con un ajuste para la recuperación de presión. Para el cálculo de
gas se supone flujo sónico, es decir la presión de descarga es menos que la
mitad de la presión de entrada absoluta. Si este no es el caso, usar la
ecuación para cálculo de orificios para gas.
METODO DE CRANE.
Para líquidos:
ρ
PCdQ ∆= 2
1236
Donde:
Q Flujo en GPM
d1 Diámetro de Orificio pulg.
C Coeficiente de flujo.
ΔP Caída de presión Lb/in 2
ρ Densidad en Lb/FT3
5.0
1
236 







∆∗∗
=
ρPC
Q
d
La C es función Re. µ
ρ
D
Q
Re
∗∗
=
6.50
Donde:
D Diámetro de tubería pulg.
µ Viscosidad Cp.
Suponer inicialmente C = 0.61 y β= 0.3
Después corregir. (Ya que el Re arriba de 10,000. es constante).
Con iteraciones 001.01 ≤− −nn ββ

2. 2
METODO DE SPINK.
A. Cálculo de Diámetro de 0rificio de Restricciòn para líquidos.
Se requiere de los siguientes datos:
- Diámetro de tubería D en pulgadas
- Gravedad específica a temp. de flujo Gƒ
- Temperatura de flujo ºF,TI
- Flujo en Lb/Hr. Wm
- Caída de presión a través del orificio Psi (∆ P)
Secuencia del cálculo de líquidos
1. Calcular ∅
∅ ( )( ) PGDT
W
ff
m
∆−+
= 2
6800002.0114920
Cuando; ∅ < 0.05 β = 1,256 ∅0.494
0.05 < ∅ < 0.4 β = 0.968 ∅0.407
0.4 < ∅ < 0.7 β = 0.76 ∅0.144
∅ > 0.7 Existe error
2. Calcular el Diámetro de Orificio
d= β*D en pulgadas

3. 3
METODO DE CRANE.
Cálculo de gas o vapor
ρ∗∆∗∗= PCdyW 2
11891
5.0
1
1891 







∗∆∗∗∗
=
ρPCY
W
d
Donde:
w = Flujo en LB/Hr
y = Factor de expansión
p = Presión de entrada en Lb/in2
man.
K Relación de Cp/Cv
Para calcular C se requiere el No. de Re (suponer C= 0.61 ).
β = 0.3, Y = 1.0
Para Re > 10,000.
µD
W
Re 31.6=
METODO DE SPINK.

4. 4
B. Cálculo de diámetro de orificio para gas o vapor, se requiere de los
siguientes datos:
- Diámetro de tubería D en pulgadas
- Peso específico Lb/Ft3 JF.
- Temp. de flujo °F Tf
- Flujo LB/HR. Wm
- Presión de entrada Psig. Pf
1. Calcular índice Yt Sp
( )( ) ff
m
pt
PTD
W
SY
6800002.01359 2
−+
=
2. Cálculo de la relación Beta.
β = 0.6991* [Yt Sp ]0.4919
3. Calcular el diámetro del orificio.
d = β * D inches

5. 5
EJEMPLO PARA LIQUIDO.
(Orificio de restricción).
Calcular un orificio de restricción para tirar 7. 9 Psi de caída de presión bajo las
siguientes condiciones:
Datos.
Fluido: Agua
Flujo max. : 4843.6 GPM
Flujo normal. : 4139.1 GPM
Presión entrada: 47. 86 Psig
Temperatura: de flujo: 115ºF
Densidad relativa: 1.0 60ºF y 14.7 Psia
Densidad relativa 0.99 Cond. PyT.
Viscosidad µ = 0.95 Cp
∆ P = 7.9 Psi
Densidad: ρ = 61.86 Lb/Ft3
Diámetro Int. De Línea D= 19.25” (20" Nominal)
Material: ¼” Esp 316SS 150 # R.F.
METODO CRANE
5.0
1
/236 







∆∗
=
ρPC
Q
d
95.025.19
86.616.48436.506.50
∗
∗∗
=
∗
∗∗
=
µ
ρ
D
Q
Re
86.037,829
2875.18
86.15161029
==eR
Por lo que está en flujo turbulento.
5.0
86.619.761.0236
6.4843








∗∗
=ld

6. 6
´´7030.9
448.51
6.4843
5.0
=





=ld
Como criterio se considera el flujo max.
La ∆ P para flujo normal
2
2
236
* 





∗∗
=∆
Cd
Q
P ρ
( )
86.61
61.07030.9236
1.4139
2
2
∗





∗∗
=∆P
PsiP 7691.586.61
576.13553
1.4139
2
=∗





=∆
PsiP 7691.5=∆
METODO SPINK PARA LIQUIDOS

7. 7
∅ ( )( ) PGDT
Wm
ff ∆−+
= 2
6800002.0114920
99.06.4843500500 ∗∗=∗∗ GQ
HrLb /2397582
∅= ( )( ) 9.799.025.1968.11500002.0114920
2397582
2
∗+
∅ = 15491.0
36.383,476,15
397582,2
=
Como ∅ anda entre:
0.05 < ∅ < 0.4 β= 0.968 ∅0.407
= 0.968 (0.15491)0.407
= 0.45314
d = β ∗ D = 0.45314 ∗ 19.25 = 8.7230”
d = 8.7230”
Conclusión: Aquí tiene un ajuste por recuperación por presión.
EJEMPLO PARA GAS. METODO CRANE
(0rificio de restricción)

8. 8
Se requiere tirar una presión de 85.3 Psi en una línea 4" (4.02611 D.I) que
maneja nitrógeno para las siguientes condiciones:
Datos.
Fluido: Gas N2
Flujo max. : 336150 SCFH
Flujo normal: --
Presión: 212.8 Psig
Temp. flujo: 68ºF
Gf 0.967
G= 0.88
M = 28
μ = 0.018 Cp
Cp/Cv = 1.35
ρ 1.277 Lb/Ft3
Material 304ss 300 # R.F.
3.24834
379
28336150
379
=
∗
==
SCFHMQ
W m
=W 24,834.3 Lb/Hr
5.0
1891 







∆
=
PCY
W
dl
ρ
9.394,162´2
018.0026.4
3.834.2431.631.6
=
∗
∗
==
µD
W
Re
D*µ = 4.026 * 0.018
Por lo que C= 0.61 para flujo turbulento para (β=0.3)
De la gráfica A-39 Crane ΔP/P= 375.0
5.227
6.85
= ; Y = 0.885

9. 9
5.0
1
3.85277.161.0885.01891
3.24834






∗∗∗
=d
( ) ´´5266.13308.2
5.0
1 =≡d

10. 10
METODO SPINK PARA GAS
( )( ) fff
m
Pt
PTD
W
SY
∗−+
=
γ6800002.01359 2
( )( ) 8.212277.1686800002.01026.4359
3.834.24
2
∗−∗+∗
=Pt SY
25889.0
1048.95923
3.834,24
==PtSY
β = 0.6991 *(Yt Sp)0.4919
β = 0.6991 *(0.25889)0.4919
=0.3596
d = β* D = 0.3596 *4.026 = 1.4478”
d = 1.4478"
Conclusión:
Criterio es que: P2 < PI / 2 : flujo sónico
127.5 < 212.8/2 = 106.4
Como no a menos el cálculo se toma con cierta reserva.

11. 11
EJEMPLO PARA VAPOR (SOBRECALENTADO). METODO CRANE
(Orificio de restricción)
Se requiere una caída de presión de 554.4 Psi en una línea 4" de vapor de
alta bajo las siguiente condiciones:
Datos.
Fluido Vapor.
Flujo normal: 18,071 Lb/Hr.
Presión: 6 2 0 Psig.
Temp. de flujo: 750ºF
Z1 1.
M 18.
0.025 Cp
∆ P 554.5 Psi
D.Ι 4,026”
Material 304ss 600#R.F.
Espesor de la placa 1/4"
14,916,1132
025.0026.4
071,1831.6
Re =
∗
∗
=
Existe flujo turbulento
C = 0.61 β =0.3
De la gráfica A -18 para:
P= 620 Psig + 14.7= 634.7 psia.
K= Cp/Cv = I.287
∆ P/P = 554.5/ 634.7 = 0.8736
Y = 0.75
5.0
5.554066.161.075.01891
18071






∗∗∗∗
=d
( ) ´´926908591.0
5.0
==d
´´9269.0=d

12. 12
METODO SPINK. PARA VAPOR (SOBRECALENTADO)
P2 < P1/2 (65.5 < 750/2 = 375)
( )( ) 620066.16875000002.01076.4359
18071
2
∗−+∗∗
=Pt SY
1191.0
252.151635
1.18071
==Pt SY
β =0.6991 * (0.11 9 1)0.4919
= 0.2454
d = β*D= 0.9885”
Aquí se puede tomar con más confianza el Método SPINK