MEDIDORES DE FLUJO La medición de flujo, es una de las variables más importantes en el campo control de procesos y una de las variables más medidas (censada) La medici medición ón de flujo flujo en los proces procesos os indust industria riales les se hace hace necesa necesaria ria por dos razones razones principales
Para determinar las porciones en masa o volumen de los fluidos introducidos en el proceso
Para determinar la cantidad de fluído consumido por el proceso con el fin de computar costos
El flujo de fluidos en tuberías cerradas se define como la cantidad de fluidos, ue pasa por una sección transversal de la tubería por unidad de tiempo! Esta cantidad de fluído se puede medir en volumen o en masa y de acuerdo a esto se tiene flujo volum"trico o flujo másico!
El flujo de fluido en una tubería es afectada por los si#uientes factores$ %elocidad
&ricción del fluido en contacto con la tubería la viscosidad
La densidad (#ravedad específica)
La temperatura
Presión
E'iste E'isten n muchos muchos m"todo m"todoss confia confiable bless y precis precisos os para para medir medir flujos flujos,, al#uno al#unoss aplica aplicable bless solamente a líuidos, líuidos, otros a #ases y vapores o ambos, el fluido puede ser limpio o sucio, seco, hmedo, corrosivo o erosivo! odos estos factores afectan la medición y deben ser tomados en cuenta a la hora o en el momento de seleccionar un medidor de flujo! Para seleccionar un medidor en una determinada aplicación, es necesario conocer el principio de operación característicos de funcionamiento de los medidores de flujo disponibles!
Definición de Medidores de Flujo
1
El medidor de flujo es un dispositivo colocado en una línea de proceso ue proporciona una lectura lectura continua continua de la cantidad cantidad fluido fluido ue atraviesa atraviesa la misma, por unidad de tiempo! tiempo! En la &i#ura *+ se representan representan dos medidores medidores de flujo de empleo habitual habitual (el rotámetro rotámetro y el
medidor de orificio) !
Clasificación eneral de los medidores de Flujo! -edidor de flujo volum"trico -edidor de flujo másico
Medidor de Flujo "olum#trico! Es auel ue mide la cantidad de volumen ue pasa por una sección transversal de la tubería tubería por unidad unidad del tiempo o es un medidor medidor de caudal (.) (.) Por ejemplo ejemplo ubo ubo %enturi, %enturi, Placa orificio, ubo ubo Pitot, obera obera de flujo o rotámetro!
Medidor de Flujo Másico! Es auel ue mide la cantidad de masa ue pasa por una sección transversal de la tubería, por unidad de tiempo ( m ) ej! -edidor t"rmico, -edidor de coriolis! º
Clasificación de los medidores de flujo $olum#trico
%or &resión diferencial
De área $aria'le 2
El medidor de flujo es un dispositivo colocado en una línea de proceso ue proporciona una lectura lectura continua continua de la cantidad cantidad fluido fluido ue atraviesa atraviesa la misma, por unidad de tiempo! tiempo! En la &i#ura *+ se representan representan dos medidores medidores de flujo de empleo habitual habitual (el rotámetro rotámetro y el
medidor de orificio) !
Clasificación eneral de los medidores de Flujo! -edidor de flujo volum"trico -edidor de flujo másico
Medidor de Flujo "olum#trico! Es auel ue mide la cantidad de volumen ue pasa por una sección transversal de la tubería tubería por unidad unidad del tiempo o es un medidor medidor de caudal (.) (.) Por ejemplo ejemplo ubo ubo %enturi, %enturi, Placa orificio, ubo ubo Pitot, obera obera de flujo o rotámetro!
Medidor de Flujo Másico! Es auel ue mide la cantidad de masa ue pasa por una sección transversal de la tubería, por unidad de tiempo ( m ) ej! -edidor t"rmico, -edidor de coriolis! º
Clasificación de los medidores de flujo $olum#trico
%or &resión diferencial
De área $aria'le 2
De des&la(amiento &ositi$o
medidores de $elocidad
%or %resión diferencial o Diferenciales
Los medidores de flujo volum"trico o caudal de área constante y caída de presión variable ue miden el flujo de fluído indirectamente, creando y midiendo una presión diferencial por medio de una obstrucción al flujo! El diferencial de presión depende de la construcción de la restricción estos medidores se basan en la relación ue e'iste entre la velocidad del fluido y la caída de presión ocasionada al pasar el fluído a trav"s de la restricción
`'
K
./ 01
P
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Q A * K
P
Q A * K
P
2on los más utilizado para medir flujo! Entre ellos se puede mencionar$ La placa 3rificio, ubo %enturi, ubo ubo Pitot, ubo 4all, obera obera y el medidor de impacto (tar#et)!
De *rea "aria'le!
2on medidores de flujo volum"trico o caudal ue varía el área para mantener una caída de presión presión relativame relativamente nte constante! constante! El flujo es función del área de la abertura abertura anular a trav"s trav"s de la cual debe pasar el flujo! El medidor de flujo de área variable más conocido o de uso más comn es el rotámetro
De Des&la(amiento %ositi$o
2on medidores de flujo volum"trico ue realizan la medición por medio de un dispositivo mecánico! 5n volumen conocido de flujo se aísla mecánicamente en el elemento o cámara del medidor medidor y es transportado transportado desde la entrada entrada hasta la salida llenando llenando y vaciando del medido medidorr las cuales cuales se mueven mueven aprovec aprovechan hando do la ener#í ener#ía a del fluido! fluido! estas estas separan separan la 3
corriente de flujo en se#mentos volum"trico individuales! el volumen total de fluido ue pasa a trav"s del medidor en un período de tiempo dado, es el producto del volumen de muestra por el nmero de muestras 2e pueden clasificar se#n el movimiento del elemento de medición en disco oscilante, pistón oscilante, tipo rotación, pistón reciprocante
Rotatorio$ medidor de flujo de a#ua dom"stico Discos oscilantes$ para a#ua y donde la precisión no sea importante En+ranaje tu&o ó$alo$ fluído viscosos y tolera en menor #rado el manejo de líuido con sólidos Ejemplo$ medidor hmedo de #as, medidor seco de #as, etc! ipo rotatorio$ medidor de a#ua dom"stico
De $elocidad
Es un medidor en el cual la se6al del elemento primario es proporcional a la velocidad del fluido! La se6al #enerada es lineal con respecto al flujo volum"trico se#n ./ 01% 2on medidores sensibles a las variaciones del perfil de velocidad del fluído cuando se les compara con los medidores de flujo tipo diferencial! es decir no e'iste una relación de raíz cuadrada si no lineal, lo cual e'plica su mayor relación de flujo má'imo a flujo mínimo, tienen una amplia aplicación industrial! Ejemplo$ ipo urbina, ipo Electroma#n"tico, ultrasónico de flujo, (onda ultrasónico mide iempo de viaje de la onda) y tipo 4oppler y ipo orbellino %orte'!
Clasificación de los medidores de flujo másico Medidores ,#rmicos Medidores de Coriolis
Medidores t#rmico
Los hay de dos tipos$ uno mide la velocidad de p"rdida del flujo de calor de un cuerpo caliente debido al paso de una corriente de fluido a trav"s de el y otro mide el incremento de temperatura! En ambos casos el flujo de masa se determina a trav"s de las propiedades físicas del fluido como conductividad y calor específico ue dentro de ciertos límites son$ independiente de la temperatura y presión
Medidor de Coriolis 4
4epende de la aceleración de coriolis! El fluido se acelera racialmente hacia fuera entre las volutas de un impulsor! El impulsor tiene tendencias a retro
-C,ORES %-R- L- ELECCI./ DEL ,I%O DE MEDIDOR DE FLUIDO Ran+o! los medidores disponibles en el mercado pueden medir flujos desde varios mililitros po r se#undo (ml7s) para e'perimentos precisos de laboratorio hasta varios miles de metros cbicos por se#undo (m 87s) para sistemas de irri#ación de a#ua o a#ua municipal o sistemas de drenaje! Para una instalación de medición en particular, debe conocerse el orden de ma#nitud # eneral de la velocidad de flujo así como el ran#o de las variaciones esperadas!
E0actitud re1uerida! 9ualuier dispositivo de medición de flujo instalado y operado adecuadamente puede proporcionar una e'actitud dentro del : ; del flujo real! La mayoría de los medidores en el mercado tienen una e'actitud del ; y al#unos dicen tener una e'actitud de más del
%#rdida de &resión! 4ebido a ue los detalles de construcción de los distintos medidores son muy diferentes, "stos proporcionan diversas cantidades de p"rdida de ener#ía o p"rdida de presión conforme el fluido corre a trav"s de ellos! E'cepto al#unos tipos, los medidores de fluido llevan a cabo la medición estableciendo una restricción o un dispositivo mecánico en la corriente de flujo, causando así la p"rdida de ener#ía!
,i&o de fluido! El funcionamiento de al#unos medidores de fluido se encuentra afectado por las propiedades y condiciones del fluido! 5na consideración básica es si el fluido es un líuido o un #as! 3tros factores ue pueden ser importantes son la viscosidad, la temperatura, la corrosión, la conductividad el"ctrica, la claridad óptica, las propiedades de lubricación y homo#eneidad!
Cali'ración! 2e reuiere de calibración en al#unos tipos de medidores! 0l#unos fabricantes proporcionan una calibración en forma de una #ráfica o esuema del flujo real versus indicación de la lectura! 0l#unos están euipados para hacer la lectura en forma directa con escalas calibradas en las unidades de flujo 5
ue se deseen! En el caso del tipo más básico de los medidores, tales como los de cabeza variable, se han determinado formas #eom"tricas y dimensiones estándar para las ue se encuentran datos empíricos disponibles! Estos datos relacionan el flujo con una variable fácil de medición, tal como una diferencia de presión o un nivel de fluido!
MEDIDORES DE C-2E3- "-RI-2LE
El principio básico de estos medidores es ue cuando una corriente de fluido se restrin#e, su presión disminuye por una cantidad ue depende de la velocidad de flujo a trav"s de la restricción, por lo tanto la diferencia de presión entre los puntos antes y despu"s de la restricción puede utilizarse para indicar la velocidad del flujo! Los tipos más comunes de medidores de cabeza variable son el tubo venturi, la placa orificio y el tubo de flujo!
4 ,U2O DE "5/,URI
El ubo de %enturi fue creado por el físico e inventor italiano =iovanni >attista %enturi (?!@AB C ?!D)! &ue profesor en -ódena y Pavía! En Paris y >erna, ciudades donde vivió mucho tiempo, estudió cuestiones teóricas relacionadas con el calor , óptica e hidráulica! En este ltimo campo fue ue descubrió el tubo ue lleva su nombre! 2e#n "l este era un dispositivo para medir el #asto de un fluido, es decir, la cantidad de flujo por unidad de tiempo, a partir de una diferencia de presión entre el lu#ar por donde entra la corriente y e l punto, calibrable, de mínima sección del tubo, en donde su parte ancha final acta como difusor!
DEFI/ICI./ 6
?!
El ,u'o de "enturi es un dispositivo ue ori#ina una p"rdida de presión al pasar por
"l un fluido! En esencia, "ste es una tubería corta recta, o #ar#anta, entre dos tramos cónicos! La presión varía en la pro'imidad de la sección estrecha así, al colocar un manómetro o instrumento re#istrador en la #ar#anta se puede medir la caída de presión y calcular el caudal instantáneo, o bien, uni"ndola a un depósito carburante, se puede i ntroducir este combustible en la corriente principal! Las dimensiones del ubo de %enturi para medición de caudales, tal como las estableció 9lemens Ferschel, son por lo #eneral las ue indica la fi#ura ?! La entrada es una tubería corta recta del mismo diámetro ue la tubería a la cual va unida! El cono de entrada, ue forma el án#ulo a ?, conduce por una curva suave a la #ar#anta de diámetro d?! 5n lar#o cono diver#ente, ue tiene un án#ulo a , restaura la presión y hace e'pansionar el fluido al pleno diámetro de la tubería! El diámetro de la #ar#anta varía desde un tercio a tres cuartos del diámetro de la tubería!
La presión ue precede al cono de entrada se transmite a trav"s de mltiples aberturas a una abertura anular llamada anillo piezom"trico! 4e modo análo#o, la presión en la #ar#anta se transmite a otro anillo piezom"trico! 5na sola línea de presión sale de cada anillo y se conecta con un manómetro o re#istrador! En al#unos dise6os los anillos piezom"tricos se sustituyen por sencillas uniones de presión ue conducen a la tubería de entrada y a la #ar#anta! La principal ventaja del %"nturi estriba en ue sólo pierde un ?< G <; de la diferencia de presión entre la entrada y la #ar#anta! Esto se consi#ue por el cono diver#ente ue desacelera la corriente!
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Es importante conocer la relación ue e'iste entre los distintos diámetros ue tiene el tubo, ya ue dependiendo de los mismos es ue se va a obtener la presión deseada a la entrada y a la salida del mismo para ue pueda cumplir la función para la cual está construido! Esta relación de diámetros y distancias es la base para realizar los cálculos para la construcción de un ubo de %enturi y con los conocimientos del caudal ue se desee pasar por "l! 4educiendo se puede decir ue un ubo de %enturi típico consta, como ya se dijo anteriormente, de una admisión cilíndrica, un cono conver#ente, una #ar#anta y un cono diver#ente! La entrada conver#ente tiene un án#ulo incluido de alrededor de ?+, y el cono diver#ente de @+ a D+! La finalidad del cono diver#ente es reducir la p"rdida #lobal de presión en el medidor su eliminación no tendrá efecto sobre el coeficiente de descar#a! La presión se detecta a trav"s de una serie de a#ujeros en la admisión y la #ar#anta estos a#ujeros conducen a una cámara an#ular, y las dos cámaras están conectadas a un sensor de diferencial de presión!
FU/CIO/-MIE/,O DE U/ ,U2O DE "E/,URI En el ubo de %enturi el flujo desde la tubería principal en la sección ? se hace acelerar a trav"s de la sección an#osta llamada #ar#anta, donde disminuye la presión del fluido! 4espu"s se e'pande el flujo a trav"s de la porción diver#ente al mismo diámetro ue la tubería principal! En la pared de la tubería en la sección ? y en la pared de la #ar#anta, a la cual llamaremos sección , se encuentran ubicados ramificadores de presión! Estos se encuentran unidos a los dos lados de un manómetro diferencial de tal forma ue la defle'ión h es una indicación de la diferencia de presión p ? C p! Por supuesto, pueden utilizarse otros tipos de medidores de presión di ferencial!
8
La ecuación de la ener#ía y la ecuación de continuidad pueden utilizarse para derivar la relación a trav"s de la cual podemos calcular la velocidad del flujo! 5tilizando las secciones ? y en la formula como puntos de referencia, podemos escribir las si#uientes ecuaciones$
6 7 -4$4 7 -8$8
()
Estas ecuaciones son válidas solamente para fluidos incomprensibles, en el caso de los líuidos! Para el flujo de #ases, debemos dar especial atención con la presión! La reducción al#ebraica de a la variación del peso específico las ecuaciones ? y es como si#ue$
2e pueden llevar a cabo dos simplificaciones en este momento! Primero, la diferencia de elevación (z?Gz) es muy peue6a, aun cuando el medidor se encuentre instalado en forma vertical! Por lo tanto,
9
se desprecia este t"rmino! 2e#undo, el termino h l es la perdida de la ener#ía del fluido conforme este corre de la sección ? a la sección ! El valor h l debe determinarse en forma e'perimental! Pero es más conveniente modificar la ecuación (8) eliminando h? e introduciendo un coeficiente de descar#a 9$
La ecuación (A) puede utilizarse para calcular la velocidad de flujo en la #ar#anta del medidor! 2in embar#o, usualmente se desea calcular la velocidad de flujo del volumen! Puesto ue, tenemos$
El valor del coeficiente 9 depende del nmero de Heynolds del flujo y de la #eometría real del medidor! La si#uiente fi#ura muestra una curva típica de 9 %s nmero de Heynolds en la tubería principal!
10
La referencia 8 recomienda ue 9 /
La referencia 8, : y I proporcionan información e'tensa sobre la selección adecuada y la aplicación de los ubos de %enturi! La ecuación (?AG:) se utiliza para la bouilla de flujo y para el orificio, así como tambi"n para el ubo de %enturi!
-%LIC-CIO/ES ,EC/OL.IC-S DE U/ ,U2O DE "E/,URI El ubo %"nturi puede tener muchas aplicaciones entre las cuales se pueden mencionar$ En la Jndustria 0utomotriz$ en el carburador del carro, el uso de "ste se pude observar en lo ue es la 0limentación de 9ombustible! Los motores reuieren aire y combustible para funcionar! 5n litro de #asolina necesita apro'imadamente ?
8
%L-C- ORIFICIO
9uando dicha placa se coloca en forma conc"ntrica dentro de una tubería, esta provoca ue el flujo se contrai#a de repente conforme se apro'ima al orificio y despu"s se e'pande de repente al diámetro total de la tubería! La corriente ue fluye a trav"s del orificio forma una vena contracta y la rápida velocidad del flujo resulta en una disminución de presión hacia abajo desde el orificio! El valor real del coeficiente de descar#a 9 depende de la ubicación de las ramificaciones de presión, i#ualmente es afectado por las variaciones en la #eometría de la orilla del orificio! El valor de 9 es mucho más bajo ue el del tubo venturi o la bouilla de flujo puesto ue el fluido se fuerza a realizar una contracción repentina se#uida de una e'pansión repentina! 0l#unos tipos de placas orificios son los si#uientes$
La conc"ntrica sirve para líuidos, la e'c"ntrica pa ra los #ases donde los cambios de presión implican condensación, cuando los fluidos contienen un al to porcentaje de #ases disueltos! La #ran ventaja de la placa de orificio en comparación con los otros elementos primarios de medición, es ue debido a la peue6a cantidad de material y al tiempo relativamente corto de mauinado ue se reuiere en su manufactura, su costo lle#a a ser comparativamente bajo, aparte de ue es fácilmente reproducible, fácil de instalar y desmontar y de ue se consi#ue con ella un alto #rado de e'actitud! 0demás ue no retiene muchas partículas suspendidas en el fluido dentro del orificio! El uso de la placa de orificio es inadecuado en la medición de fluidos con sólidos en suspensión pues estas partículas se pueden acumular en la entrada de la placa!, el comportamiento en su uso con fluidos viscosos es errático pues la placa se calcula para una temperatura y una viscosidad dada y produce las mayores p"rdidas de presión en comparación con los otros elementos primarios! Las mayores desventajas de este medidor son su capacidad limitada y la perdida de car#a ocasionada tanto por los residuos del fluido como por las perdidas de ener#ía ue se producen cuando se forman vórtices a la salida del orificio! 12
9 2O6UILL- O ,O2ER- DE FLUJO Es una contracción #radual de la corriente de flujo se#uida de una sección cilíndrica recta y corta! 4ebido a la contracción pareja y #radual, e'iste una p"rdida muy peue6a! 0 #randes valores de Heynolds (?
Boquilla o tobera de flujo.
La instalación de este medidor reuiere ue la tubería donde se vaya a medir caudal, este en línea recta sin importar la orientación ue esta ten#a!
Recu&eración de la &resión! La caída de presión es proporcional a la p"rdida de ener#ía! La cuidadosa alineación del tubo %enturi y a e'pansión #radual lar#a despu"s de la #ar#anta provoca un muy peue6o e'ceso de turbulencia en la corriente de flujo! Por lo tanto, la p"rdida de ener#ía es baja y la recuperación de presión es alta! La falta de una e'pansión #radual provoca ue la bouilla ten#a una recuperación de presión más baja, mientras ue la correspondiente al orificio es an más baja! La mejor recuperación de presión se obtiene en el tubo de flujo!
MEDIDORES DE -RE- "-RI-2LE 84 RO,*ME,RO 13
9onsiste esencialmente de un flotador indicador ue se mueve libremente en un tubo El rotámetro es un medidor de área variable ue consta de un tubo transparente ue se amplia y un medidor de flotador (más pesado ue el líuido) el cual se desplaza hacia arriba por el flujo ascendente de un fluido en la tubería ejerce una fuerza ascendente sobre la base del flotador ue permite ue pase una determinada cantidad de flujo por el área anular, área formada entre el flotador y la pared del tubo y será tal ue la caída de presión en ese estrechamiento baste para euilibrar la fuerza de #ravedad y el peso del flotador, en ese momento el flotador permanece estacionario en al#n punto del tubo! La p"rdida de presión se mantiene constante sobre el intervalo completo del flujo! El tubo se encuentra #raduado para leer directamente el caudal! La ranura en el flotador hace ue rote y, por consi#uiente, ue manten#a su posición central en el tubo! Entre mayor sea el caudal, mayor es la altura ue asume el flotador! Entonces para cada flujo! El flotador alcanza una altura determinada! El tubo cónico lleva #rabada una escala lineal en unidades del flujo o indica el porcentaje del flujo má'imo! Los rotámetros no necesitan tramos rectos de tubería antes y despu"s del punto donde se instalan!
88 FLU:OME,RO DE ,UR2I/-
14
El fluido provoca ue el rotor de la turbina #ire a una velocidad ue depende de la velocidad de flujo! 9onforme cada una de las aspas de rotor pasa a trav"s de una bobina ma#n"tica, se #enera un pulso de voltaje ue puede alimentarse de un medidor de frecuencia, un contador electrónico u otro dispositivo similar cuyas lecturas puedan convertirse en velocidad de flujo! %elocidades de flujo desde
89 FLU:OME,RO DE "OR,ICE 5na obstrucción chata colocada en la corriente del flujo provoca la creación de vortices y se derrama del cuerpo a una frecuencia ue es proporcional a la velocidad del flujo! 5n sensor en el flu'ometro detecta los vortices y #enera una indicación en la lectura del dispositivo medidor!
Esta fi#ura muestra un bosuejo del fenómeno de derramamiento de vortice! La forma del cuerpo chato, tambi"n llamada elemento de derramamiento de vortice, puede variar de fabricante a fabricante! 9onforme el flujo se apro'ima 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 ue se #eneren capas de corte las cuales eventualmente se rompen en vortices 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! 5nos sensores colocados dentro del medidor detectan las variaciones de presión alrededor de los vortices y #eneran una se6al de voltaje ue varia a la misma frecuencia ue la de derramamiento del vortice! La se6al de salida es tanto un cadena de pulsos de voltaje como una se6al analó#ica de cd (corriente directa)! Los sistemas de instrumentación estándar con frecuencia utilizan una se6al 15
analó#ica ue varia desde A hasta < m0 cd (miliamperes de cd)! Para la salida de pulso el fabricante proporciona un flu'ometro de factorGM ue indica los pulsos por unidad de volumen a trav"s del medidor! Los medidores de vortice pueden utilizarse en una amplia variedad de fluidos incluyendo líuidos sucios y limpios, así como #ases y vapor!
8; FLU:OME,ROS DE "ELOCID-D 0l#unos dispositivos disponibles comercialmente miden la velocidad de un fluido en un lu#ar específico más ue una velocidad promedio!
8;4 ,U2O %I,O, 9uando un fluido en movimiento es obli#ado a pararse debido a ue se encuentra un objeto estacionario, se #enera una presión mayor ue la presión de la corriente del fluido! La ma#nitud de esta presión incrementada se relaciona con la velocidad del fluido en movimiento! El tubo pitot es un tubo hueco puesto de tal forma ue los e'tremos abiertos apuntan directamente a la corriente del fluido! La presión en la punta provoca ue se soporte una columna del fluido! El fluido en o dentro de la punta es estacionario o estancado l lamado punto de estancamiento! 5tilizando la ecuación de la ener#ía para relacionar la presión en el punto de estancamiento con la velocidad de fluido$ si el punto ? está en la corriente uieta delante del tubo y el punto s está en el punto de estancamiento, entonces, p? / presión estática en la corriente de fluido principal p?7 / cabeza de presión estática p? / presión de estancamiento o presión total ps7 / cabeza de presión total v?N7 # / cabeza de presión de velocidad
16
2olo se reuiere la diferencia entre la presión estática y la presión de estancamiento para calcular la velocidad, ue en forma simultánea se mide con el tubo pitot estático!
8< FLU:OME,RO ELEC,ROM-/5,ICO
2u principio de medida esta basado en la Ley de &araday, la cual e'presa ue al pasar un fluido conductivo a trav"s de un campo ma#n"tico, se produce una fuerza electroma#n"tica (&!E!-!), directamente proporcional a la velocidad del mismo, de donde se puede deducir tambi"n el caudal! Está formado por un tubo, revestido interiormente con material aislante! 2obre dos puntos diametralmente opuestos de la superficie interna se colocan dos electrodos metálicos, entre los cuales se #enera la se6al el"ctrica de medida! En la parte e'terna se colocan los dispositivos para #enerar el campo ma#n"tico, y todo se recubre de una protección e'terna, con diversos #rados de se#uridad! El flujo completamente sin obstrucciones es una de las ventajas de este medidor! El fluido debe ser li#eramente conductor debido a ue el medidor opera bajo el principio de ue cuando un conductor en movimiento corta un campo ma#n"tico, se induce un voltaje! Los componentes principales incluyen un tubo con un material no conductor, dos bobinas electroma#n"ticas y dos electrodos, alejados uno del otro, montados a ?D
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8= FLU:OME,RO DE UL,R-SO/IDO
9onsta de unas 2ondas, ue trabajan por pares, como emisor y receptor! La placa piezoGcerámica de una de las sondas es e'citada por un impulso de tensión, #enerándose un impulso ultrasónico ue se propa#a a trav"s del medio líuido a medir, esta se6al es recibida en el lado opuesto de la conducción por la se#unda sonda ue lo transforma en una se6al el"ctrica! El convertidor de medida determina los tiempos de propa#ación del sonido en sentido y contrasentido del flujo en un medio líuido y calcula su velocidad de circulación a partir de ambos tiempos! a partir de la velocidad se determina el caudal ue además necesita alimentación el"ctrica! Fay dos tipos de medidores de flujo por ultrasonidos$
DO%%LER$ -iden los cambios de frecuencia causados por el flujo del líuido! 2e colocan dos sensores cada uno a un lado del flujo a medir y se envía una se6al de frecuencia conocida a trav"s del líuido! 2ólidos, burbujas y discontinuidades en el líuido harán ue el pulso enviado se refleje, pero como el líuido ue causa la refle'ión se está moviendo la frecuencia del p ulso ue retorna tambi"n cambia y ese cambio de frecuencia será proporcional a la velocidad del líuido! HQ*2J3$ ienen transductores colocados a ambos lados del flujo! 2u confi#uración es tal ue las ondas de sonido viajan entre los dispositivos con una inclinación de A: #rados respecto a la dirección de flujo del líuido!
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La velocidad de la se6al ue viaja entre los transductores aumenta o disminuye con la dirección de transmisión y con la velocidad del líuido ue está siendo medido endremos dos se6ales ue viajan por el mismo elemento, una a favor de la corriente y otra en contra de manera ue las se6ales no lle#an al mismo tiempo a los dos receptores! 2e puede hallar una relación diferencial del flujo con el tiempo transmitiendo la se6al alternativamente en ambas direcciones! La medida del flujo se realiza determinando el tiempo ue tardan las se6ales en viajar por el flujo! Características
emperatura ambiente <+ ::+
emperatura de almacenamiento G<+ ?:<+
Fumedad RD<;
emperatura del líuido <+ ?:<+
-á'! presión de cone'ión : bar
Las medidas no se ven afectadas por la presencia de sustancias uímicas, partículas contaminantes!!
ienen un alto ran#o dinámico
4ise6o compacto y peue6o tama6o
9ostes de instalación y mantenimiento peue6os
Las medidas son independientes de la presión y del líuido a medir
*o se producen p"rdidas de presión debido al medidor
*o hay ries#os de corrosión en un medio a#resivo
0unue el precio no es bajo, sale rentable para aplicaciones en las ue se necesite #ran sensibilidad (flujos corporales) o en sistemas de alta presión!
3peran en un #ran ran#o de temperaturas (G?<+ a @<+) (G8<+ ?D<+)S8Tdependiendo del sensor y se ofrece la posibilidad de comprar sensores con características especiales para aplicaciones concretas!
Las medidas son no invasivas (especialmente importantes cuando hablamos del cuerpo humano)
3frecen una alta fiabilidad y eficiencia
19
COM%-R-,I"- DE LOS DIS,I/,OS SE/SORES DE FLUJO L>1uidos Sensor de flujo recomendados
3rificio
ubo %enturi
ubo Pitot
%#rdida E0actitud Medidas @ Efecto de t>&ica en ? diámetros $iscoso &resión
Líuidos sucios y limpios al#unos -edio líuidos viscosos Líuidos viscosos, sucios y limpios
>ajo
Líuidos limpios -uy bajo
Coste Relati$o
U a UA of full scale
?< a 8<
0lto
>ajo
U?
: a <
0lto
-edio
U8 a U:
< a 8<
>ajo
>ajo
Líuidos limpios y viscosos
0lto
U
: a ?<
0lto
0lto
Líuidos sucios y limpios líuidos Electroma#net! viscosos y conductores
*o
U
:
*o
0lto
urbina
5ltrasonic! (4oppler)
Líuidos sucios y líuidos viscosos
*o
U:
: a 8<
*o
0lto
5ltrasonic! (imeGofGtravel)
Líuidos limpios y líuidos viscosos
*o
U? a U:
: a 8<
*o
0lto
FLU:OME,ROS COMERCI-LES
20
CO/CLUSIO/ES
ener en cuenta ue los -edidores de &lujos son dispositivos, el cual pueden ser utilizado en muchas aplicaciones tecnoló#icas y aplicaciones de la vida diaria, en donde conociendo su funcionamiento y su principio de operación se puede entender de una manera más clara la forma en ue este nos puede ayudar para solventar o solucionar problemas o situaciones con las cuales son comunes e
Heconocer ue con la ayuda de un medidor de flujo se pueden dise6ar euipos para aplicaciones específicas o hacerle mejoras a euipos ya construidos y ue est"n siendo utilizados por empresas, en donde se desee mejorar su capacidad de trabajo utilizando menos consumo de ener#ía, menos espacio físico y en #eneral muchos aspectos ue le puedan disminuir p"rdidas o #astos e'cesivos a la empresa en donde estos sean necesarios!
El ubo de %enturi es un dispositivo ue por medio de cambios de presiones puede crear condiciones adecuadas para la realización de actividades ue nos mejoren el trabajo diario, como lo son sus aplicaciones tecnoló#icas!
21
2I2LIOR-FA
0vallone, Eu#ene 0! -anual de Jn#eniero -ecánico! omo ? y ! *ovena Edición! -c =raV Fill! -e'ico, ?IIB!
>olina#a, Wuan! -ecánica elemental de los fluidos! &undación Polar! 5niversidad 9atólica 0ndr"s! 9aracas, ?II!
Enciclopedia 2alvat, 9iencia y ecnolo#ía! omo ? y ?A! 2albat Editores, 2!0! Primera Edición! >arcelona, ?IBA!
-ott, Hobert! -ecánica de los &luidos! 9uarta Edición! Prentice Fall! -"'ico, ?IIB!
%ar#as, Wuan 9arlos! -anual de -ecánica para no -ecánicos! Jntermedios Editores! 9olombia, ?III!
%ictor L! 2teerter -ecanica de &luidos! 2"ptima edición, Ed! -ac =raVGFill -"'ico ?!I@I!
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CARACTERÍSTICAS DE LOS MEDIDORES DE FLUJO Medidores Temperatura Presión Caída de de F!u"o Ma# $%C& Ma# $Psi& Presión
Rano de F!u"o
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CARACTERÍSTICAS DE LOS MEDIDORES DE FLUJO Medidores Lí'uidos Lí'uidos Lí'uidos Lodos (as O De F!u"os Límpios Su*ios )is*osos )apor 0 9 0 9 0 4e 4esplazamiento 0 > > > 0 3rificio 9onc"ntrico 0 9 9 9 0 3rificio Jnte#ral 0 > > > 0 %enturi 0 > > 9 0 obera 0 9 9 9 0 ubo Pitot 0 > 0 > > Jmpacto (ar#et) 0 > > 9 0 Hotámetro 0 > > 9 0 urbina 0 0 0 0 9 Electroma#n"tico 0 > > 9 0 %orte' 0 > > 9 9 5ltrasónico 0 > 9 9 0 "rmico (&lujo -ásico) 0 > 0 0 9 9oriolis (&lujo -ásico)
)apor 9 0 > 0 0 0 > > 9 9 0 9 0 9
(P!)$ Por ransmisión (0)$ 0plicable (>)$ 9onsultar &abricante (c)$ *o 0plicable
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29
ECUACI+, (E,ERAL DE MEDIDORES DE FLUJO SUPOSICIO,ES
FLUJO ESTACIO,ARIO
FLUIDO I,COMPRESI.LE
FLUJO A LO LAR(O DE U,A LÍ,EA DE
CORRIE,TE
AUSE,CIA DE RO/AMIE,TO
)ELOCIDAD U,IFORME E, LAS SECCIO,ES 0
12
AUSE,CIA DE CUR)ATURA E, LA LÍ,EA DE
CORRIE,TE DE MODO 3UE LA PRESI+, SEA U,IFORME E, ELLAS
/0 APRO4IMADAME,TE I(UAL A /2
,O 5A1 TRA,SFERE,CIA
DE
CALOR
,I
TRA.AJO DE EJE
30
ESTA
ECUACI+,
PRESE,TA
LOS
SI(UIE,TES
I,CO,)E,IE,TES
ES IDEAL $,O CO,SIDERA LAS P6RDIDAS POR FRICCI+,&
EL
7REA
A2
,O
ES
E4PLÍCITAME,TE
CO,OCIDA
EL PU,TO DO,DE SE PRODUCE LA )E,A CO,TRACTA8
EST7
LOCALI/ADO
A
U,A
POSICI+, A LO LAR(O DE LA TU.ERÍA8 DEPE,DIE,DO DEL FLUJO8 POR LO 3UE LAS TOMAS
DE
PRESI+,
,O
3UEDA,
LOCALI/ADOS E, PU,TOS FIJOS9
CO,SECUE,TEME,TE ES ,ECESARIO CORRE(IR LA ECUACI+, DE MA,ERA 3UE-
SE CO,SIDERE, LAS P6RDIDAS POR FRICCI+,
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