FLUJOMETRO OBJETIVOS: Profundizar el conocimiento sobre instrumentos de medición de flujo (flujometros) Analizar el funcionamiento funcionamiento de de estos instrumentos instrumentos (flujometros) •
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CONTENIDO TEORICO REQUERIDO DEFINICION. !"s conocido como caudal#metro$ es un instrumento %ara la medición de caudal o &asto 'olumtrico de un fluido o %ara la medición del &asto m"sico. Estos a%aratos suelen colocarse en l#nea con la tuber#a ue trans%orta el fluido. *ambin suelen llamarse medidores medidores de caudal$ medidores de flujo o flujómetros. Cuando se e+%one la masa o la razón de flujo m"sico$ entonces la cantidad se define claramente. ,in embar&o$ cuando el 'olumen o la razón de flujo 'olumtrico son e+%uestos$ la cantidad no ueda claramente definida si se desconoce la densidad del fluido. Para los líquidos$ líquidos$ la densidad cambia con la %resión - la tem%eratura. El cambio en la densidad debido a la %resión es %eueo - no se toma &eneralmente &eneralmente en cuenta. /os l#uidos no son usualmente mu- com%resibles. El cambio en la densidad debido a la tem%eratura es m"s si&nificati'o - s# se debe tomar en cuenta. Para los gass$ gass$ la densidad cambia con la %resión$ la tem%eratura - la com%resibilidad. El efecto de la tem%eratura - la %resión sobre la densidad es mu- si&nificati'o$ %or ende$ sus efectos siem%re deben tomarse en cuenta. El efecto de la com%resibilidad com%resibilidad es relati'amente menor en com%aración$ %ero debe tomarse en cuenta %ara los c"lculos e+actos. •
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El 'olumen o la tasa (razón) de flujo 'olumtrico se e+%resa t #%icamente de una de las dos si&uientes maneras0 En condiciones de Flujo0 /a razón de flujo del fluido cuando est" a tem%eratura - %resión %resión de de la l#nea (es decir0 decir0 'f1 'f1 23 m2 4s 5 366 366 7Pa - 83 C. El sub#ndice (f) es %ara indicar las condiciones de fluido). En Condiciones 9"sicas (est"ndar)0 (est"ndar)0 /a razón de flujo del fluido est" a una tem%eratura - %resión %redefinida %redefinida (es decir 's1 :3;.3 m2 4s o '1 :3;.3. sm 2 4s. El sub#ndice (s) indica las condiciones de fluido est"ndar). ,istema ,istema , $ ,*P es la %resión %resión est"n est"ndar dar de de :6:.2< :6:.2<3 3 7Paa 7Paa o tem%eratura est"ndar de 6= C. AP $ %resión est"ndar est"ndar de :8.;>; %sia$ %sia$ tem%eratura est"ndar est"ndar de ;6=F. ;6=F. o Industria de &as$ %resión est"ndar de :8.?2 %sia tem%eratura est"ndar o de ;6= F. Ti!os d "lu#o$%ros •
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/os flujometros %ueden ser a&ru%ados en 8 &ru%os$ cada uno con diferentes formas de medición A) Flujometros @olumtri @olumtricos cos 9) Flujom Flujometr etros os de @eloc @elocida idad d C) Flujomet Flujometros ros de de flujo flujo Inferen Inferencial cial D) Flujom Flujometr etros os de masa masa &' Flu#($%ros Volu$)%ri*os+
/os flujómetros 'olumtricos miden el flujo rom%iendo el flujo en determinados 'olmenes conocidos.
/a corriente de flujo se rom%e mec"nicamente en 'olmenes directos$ en otras %alabras$ se llenan c"maras de 'olumen conocido %ara %osteriormente ser 'aciadas a&uas abajo. Contando el numero de c"maras llenadas en un determinado tiem%o de obtiene el caudal. /os flujometros de des%lazamiento %ositi'o son em%leados tanto %ara l#uidos como %ara &ases M%ros d Ds!la,a$i-%o Posi%i.o d /as: *i%os0 *ambor ,ellado con l#uido /óbulo Botatorio Fuelles. • • •
/os flujometros de des%lazamiento %ositi'o %ara &ases est"n diseados %ara totalizar el 'olumen de &as ue flu-e %or el flujometro$ %ara esto %or lo &eneral se cuenta con un tren de en&ranajes ue mue'e un odómetro (contador).
B' Flu#($%ros d Vlo*idad+ /os flujómetros de 'elocidad miden el flujo midiendo la 'elocidad %romedio multi%lic"ndola %or el "rea ue atra'iesa el flujo. Flu#($%ros d Tur0i-a+ Estos contienen un rotor de ojas alineado con el centro de la corriente de flujo$ dico rotor est" diseado %ara %roducir un %ulso al %asar %or un sensor ma&ntico u ó%tico$ la frecuencia de los %ulsos es %ro%orcional a la 'elocidad del fluido.
Flu#($%ro d %ur0i-a !aras gas+1I&ual ue el de los l#uidos$ %ero debido a las bajas densidades de los &ases$ se reduce &randemente la torsión motriz (torue de im%ulso). El uso de un ma-or di"metro en el difusor (ub) %ro%orciona un ma-or t orue de im%ulso (es decir0 ma-ores 'elocidades) /a fricción en los a%o-os (cojinete) se mantiene al m#nimo mediante el diseo uso de rotores de bajo %eso. /a frecuencia de salida es %ro%orcional a la razón de flujo 'olumtrico en condiciones de funcionamiento reales •
Flu#($%ro d Vor%2 3V(r%i*4 Tor0lli-o'+
Cuando un fluido se encuentra con un cuer%o de forma no aerodin"mica$ el flujo no %uede continuar el contorno del obst"culo. Por consi&uiente$ el flujo se enrolla en un 'órtice o es%iral$ la razón a la cu"l estos 'órtices se forman (frecuencia) es directamente %ro%orcional a la 'elocidad del fluido.
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Flu#5$%ro Ul%ras(-i*o+ Estos flujometros miden el cambio de frecuencia de una seal ultrasónica ue se en'#a a tra's del fluido$ e+isten < ti%os de flujometros ultrasónicos0 el de tiem%o de transito - Do%%ler. /as tecnolo&#as Do%%ler utilizan %art#culas como mecanismo reflector$ se transmite un frecuencia F la cual ser" refleja %or las %art#culas del fluido$ la frecuencia ue re&resa es diferente a la frecuencia en'iada debido a ue la %art#cula esta en mo'imiento$ la diferencia de frecuencias es %ro%orcional a la 'elocidad del fluido
En los flujometros de tiem%o de transito se mide el tiem%o ue toma un %ulso de onda en atra'esar la sección trans'ersal de una tuber#a a tra's del fluido$ la diferencia en la medición de tiem%o ser" %ro%orcional a la 'elocidad del fluido.
Flu#o$%ro $ag-%i*o /as bobinas en el medidor %roducen un cam%o ma&ntico. Cuando un fluido conductor %asa %or el cam%o$ se %roduce un 'oltaje mediante un electrodo en la %ared del medidor .Este 'oltaje &enerado es %ro%orcional al caudal. /os medidores ma&nticos o%eran midiendo el contenido elctrico del a&ua u otros l#uidos
C' Mdi*i(- d Flu#o I-"r-*ial •
Flu#($%ros d Prsi(- Di"r-*ial+ Estos miden los cambios en la %resión %ara determinar la 'elocidad del caudal$ entonces la ca#da de %resión es %ro%orcional al caudal
Ellos reuieren del uso de dos elementos. o
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El$-%os Pri$arios: los dis%ositi'os ue %roducen la %resión diferencial El$-%os S*u-darios: los dis%ositi'os ue miden la %resión diferencial
/os elementos %rimarios inclu-en0 %lacas de orificio$ tubos de @enturi$ flujómetros$ tubos de %itot$ tomas de codo$ etc$ estos son los encar&ados de &enerar la %resión diferencial - es una medición del cambio en la ener&#a cintica debido a una restricción. •
Flu#o$%ros d 6ra .aria0l+
Consiste en un flotador$ &eneralmente una esfera$ encerrado en un tubo. El %rinci%io o%erati'o del medidor de "rea 'ariable se basa en ue la 'elocidad de flujo del fluido ele'a un flotador en un tubo ausado$ lo ue aumenta el "rea %ara el %aso del fluido. !ientras ma-or sea el caudal$ m"s se ele'a el flotador. /a altura del flotador es directamente %ro%orcional al caudal. Para determinar el caudal$ sim%lemente lea las marcas de &raduación en el centro del flotador.
D' Flu#($%ros d Masa •
Flu#($%ros d Mo$-%o &-gular+
Para cambiar la 'elocidad de una masa$ la masa debe estar sometida a una fuerza de desbalance. /a cantidad de fuerza reuerida %ara cambiar la 'elocidad de una masa ser" %ro%orcional a la %ro%ia masa. En trminos an&ulares$ %ara cambiar la 'elocidad an&ular de una masa$ la masa debe estar sometida a un torue de desbalance (fuerza an&ular). ,i la 'elocidad an&ular se mantiene constante$ el torue ser" directamente %ro%orcional a la masa (ó al flujo m"sico en el caso de flujómetros m"sicos). ,i el torue se mantiene constante$ la 'elocidad an&ular ser" in'ersamente %ro%orcional a la masa (ó flujo m"sico).
Flu#($%ro d Masa Coriolis+ E+isten < ti%os de diseo de estos flujometros0 una man&uera sencilla o < man&ueras %aralelas$ se induce un frecuencia de referencia mediante la oscilación en las man&ueras$ dica frecuencia 'ariara con los cambios en el caudal o o
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Funcionamiento0 (@er la secuencia de fi&uras) El tubo D 'ibra a su frecuencia natural de resonancia. /a 'ibración se sostiene mediante el uso del im%ulso de una bobina ma&ntica (similar a la bobina de una bocina) El tubo D se fija a la entrada - al final de su salida. A medida ue el fluido recorre el tubo D$ es obli&ado a incor%orarse al mo'imiento del tubo. Debido a ue el fluido tiene masa$ este le ofrece resistencia al mo'imiento de subida - bajada del tubo. /a resistencia al mo'imiento %roduce fuerzas o%uestas. El fluido ue entra dentro del tubo se resiste al cambio en la 'elocidad tan&encial$ - el fluido ue sale del tubo se resiste al mo'imiento de la %arte de atr"s del tubo a una 'elocidad tan&encial de cero. /a resistencia im%uesta %or el fluido en recorrido$ trae como resultado una torsión del tubo mientras est" en mo'imiento. /a cantidad de
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torcimientos es directamente %ro%orcional a la masa del flujo a tra's del tubo. Note ue la forma del tubo 'ar#a de un fabricante a otro (no todos son ti%oD)$ %ero el %rinci%io de o%eración es el mismo.
