DISPOSITIVOS DISPOSITIVOS PARA MEDIR CAUDAL Y VELOCIDAD DE FLUIDOS FLUIDOS
INTRODUCCIÓN El caudal, flujo o descarga es la cantidad de agua que pasa a través de una sección del canal por unidad de tiempo. Se calcula multiplicando la velocidad del agua (m/s) por el área de la sección (m2), lo que produce un volumen (m3/s) (m3/s).. Por lo tanto, tanto, este este aspect aspecto o solam solament ente e será será aplica aplicable ble a sistem sistemas as de aguas corrientes como tuberías, ríos, compuertas compuertas de paso, paso, etc. A estos efectos efectos es de aplicación el Principio de Bernoulli, Bernoulli, que no es sino la formulación, a lo largo de una línea de flujo, de la Ley de conservación de la energía. energía . Para un fluido ideal, ideal, sin rozamiento rozamiento,, se expresa: h + (v 2 / 2g ) + (P / ρg ) = constante, constante, donde: •
g aceleración de la gravedad
•
ρ peso específico del fluido
•
P presión
Cuando el fluido es real, para circular entre dos secciones de la conducción deberá vencer las resistencias debidas al rozamiento con las paredes interiores de la tubería tubería,, así así como como las las que que pued puedan an prod produc ucir irse se al atra atrave vesa sarr zona zonas s especiale especiales s como válvulas, válvulas, ensancha ensanchamient mientos, os, codos, codos, etc. Para vencer vencer estas estas resistencias deberá emplear o perder una cierta cantidad de energía o, con la terminología derivada del Principio de Bernoulli de altura, que ahora se puede formular, entre las secciones 1 y 2:
, o lo que es igual
,
Donde pérdidas (1,2) representa el sumando de las l as pérdidas continuas (por rozamiento contra las paredes) y las l as localizadas (al atravesar secciones especiales).
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DISPOSITIVOS PARA MEDIR CAUDAL Y VELOCIDAD DE FLUIDOS TUBO VENTURÍMETRO Es un tipo de boquilla especial, seguida de un cono que se ensancha gradualmente, accesorio que evita en gran parte la pérdida de energía cinética debido al rozamiento. Es por principio un medidor de área constante y de caída de presión variable. En la figura 1 se representa esquemáticamente un medidor tipo Venturí.
Figura 1
MEDIDOR DE ORIFICIO El medidor de Orificio es un elemento más simple, consiste en un agujero cortado en el centro de una placa intercalada en la tubería. El paso del fluido a través del orificio, cuya área es constante y menor que la sección transversal del conducto cerrado, se realiza con un aumento apreciable de la velocidad (energía cinética) a expensa de una
Figura 2
disminución de la presión estática (caída de presión). Por esta razón se le clasifica como un medidor de área constante y caída de presión variable.
TUBO DE PITOT Es uno de los medidores más exactos para medir la velocidad de un fluido dentro de una tubería. El equipo consta de un tubo cuya abertura está Página 2
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dirigida agua arriba, de modo que el fluido penetre dentro de ésta y suba hasta que la presión aumente lo suficiente dentro del mismo y
equilibre
el
impacto
producido
por
la
velocidad. El Tubo de Pitot mide las presiones dinámicas y con ésta se puede encontrar la velocidad del fluido, hay que anotar que con este equipo se puede verificar la variación de la
Figura 3
velocidad del fluido con respecto al radio de la tubería (perfil de velocidad del fluido dentro de la tubería).
ROTÁMETROS Es un medidor de caudal en tuberías de área variable, de caída de presión constante. El Rotámetro consiste de un flotador (indicador) que se mueve libremente dentro de un tubo vertical ligeramente cónico, con el extremo angosto hacia abajo. El fluido entra por la parte inferior del tubo y hace que el flotador suba hasta que el área anular entre él y la pared del tubo sea tal, que la caída de presión de este estrechamiento sea lo suficientemente para equilibrar el peso del flotador. El tubo es de vidrio y lleva grabado una escala lineal, sobre la cual la posición del flotador indica el gasto o caudal.
Figura 4
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MEDIDORES DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO Son el fundamento o la base de muchos elementos
de
control.
desplazamiento
positivo
El es
medidor un
de
instrumento
sensible al flujo. Este responde a variaciones en el
valor
del
flujo
y
responde
a
señales
mecánicas correspondiente a la rotación del eje. Se aplican en las siguientes circunstancias: Figura 5
donde se encuentre un flujo grande, donde se requiere una respuesta directa al valor de la variación del flujo y donde la acción mecánica es necesaria.
FLUXÓMETRO DE VÒRTICE Una obstrucción chata colocada en la corriente del flujo provoca la creación de vórtices y se derrama del cuerpo a una frecuencia
que
es
proporcional
velocidad del flujo. Un sensor
a
la
en el
Figura 6
fluxómetro detecta los vórtices y genera una indicación en la lectura del dispositivo medidor. La figura 6 muestra un bosquejo del fenómeno de derramamiento de vórtice. La forma del cuerpo chato, también llamada elemento de derramamiento de vórtice, puede variar de fabricante a fabricante. Conforme el flujo se aproxima a la cara frontal del elemento de derramamiento, este se divide en dos corrientes. El fluido cerca del cuerpo tiene una velocidad baja en relación con la correspondiente en las líneas de corrientes principales. La diferencia en velocidad provoca que se generen capas de corte las cuales eventualmente se rompen en vórtices en forma alternada sobre los dos lados del elemento de derramamiento. La frecuencia de los vortices creados es directamente proporcional a la velocidad del flujo y, por lo tanto, a la frecuencia del flujo del volumen.
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FLUXOMETRO ELECTROMAGNÉTICO Su principio de medida esta basado en la Ley de Faraday, la cual expresa que al pasar un fluido conductivo a través de un campo magnético, se produce una fuerza electromagnética (F.E.M.), directamente proporcional a la velocidad del mismo, de donde se puede deducir también el caudal. Está formado por un tubo, revestido interiormente
Figura 7
con material aislante. Sobre dos puntos diametralmente opuestos de la superficie interna se colocan dos electrodos metálicos, entre los cuales se genera la señal eléctrica de medida. En la parte externa se colocan los dispositivos para generar el campo magnético, y todo se recubre de una protección externa, con diversos grados de seguridad. El flujo completamente sin obstrucciones es una de las ventajas de este medidor. El fluido debe ser ligeramente conductor debido a que el medidor opera bajo el principio de que cuando un conductor en movimiento corta un campo magnético, se induce un voltaje.
FLUXOMETRO DE ULTRASONIDO El convertidor de medida determina los tiempos de propagación del sonido en sentido y contrasentido del flujo en un medio líquido y calcula su velocidad de circulación a partir de ambos tiempos. Y a partir de la velocidad se determina el caudal que además necesita alimentación eléctrica. Figura 8
Hay dos tipos de medidores de flujo por ultrasonidos: •
DOPPLER: Miden los cambios de frecuencia causados por el flujo del
líquido. Se colocan dos sensores cada uno a un lado del flujo a medir y se envía una señal de frecuencia conocida a través del líquido. Sólidos, burbujas y discontinuidades en el líquido harán que el pulso enviado se
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refleje, pero como el líquido que causa la reflexión se está moviendo la frecuencia del pulso que retorna también cambia y ese cambio de frecuencia será proporcional a la velocidad del líquido. •
TRÁNSITO: Tienen transductores colocados a ambos lados del flujo. Su
configuración es tal que las ondas de sonido viajan entre los dispositivos con una inclinación de 45 grados respecto a la dirección de flujo del líquido. La velocidad de la señal que viaja entre los transductores aumenta o disminuye con la dirección de transmisión y con la velocidad del líquido que está siendo medido Tendremos dos señales que viajan por el mismo elemento, una a favor de la corriente y otra en contra de manera que las señales no llegan al mismo tiempo a los dos receptores. Se puede hallar una relación diferencial del flujo con el tiempo transmitiendo la señal alternativamente en ambas direcciones. La medida del flujo se realiza determinando el tiempo que tardan las señales en viajar por el flujo.
CONCLUSIÓN De antemano queda comprendida la importancia de los instrumentos de medición de caudal y flujo, es tal su importancia, que la variación de presión en un sistema puede alterar todo un proceso, e inclusive está en juego la integridad de algunos equipos de alta precisión, de ahí la importancia de la medición de estos parámetros en cuestión. Conocer los dispositivos y principios con los que operan, puede hacer los diagnósticos y mantenimientos mucho más sencillos y certeros.
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BIBLIOGRAFÍA Steeter, L. V (2000), Mecánica de fluidos, Mc Graw-Hill interamericana. http://tarwi.lamolina.edu.pe/~dsa/index.html www.sapiensman.com
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