Instituto Universitario de Tecnología José Antonio Anzoátegui, Extensión Anaco
República Bolivariana de Venezuela Ministerio Del Poder Popular Para la Educación Universitaria Universidad Politécnica Experimental “José Antonio Anzoátegui” División Extensión Anaco. Programa Nacional De Formación Del Electricista
Trabajo de Motores de corriente continua y corrientes alterna
Integrante Rondón Nelson Jorge Jaramillo Tovar Oscarina Enrique Lanadaeta Deonel Vilera Anaco 08/02/2012 INTRODUCCION
La medida de caudal en conducciones cerradas, consiste en la determinación de la cantidad de masa o volumen que circula por la conducción por unidad de tiempo. Los instrumentos que llevan a cabo la medida de un caudal se denominan, habitualmente, caudalímetros o medidores de caudal, constituyendo una modalidad particular los contadores, los cuales integran dispositivos adecuados para medir y justificar el volumen que ha circulado por la conducción. Los medidores de caudal volumétrico pueden determinar el caudal de volumen de fluido de dos formas: • Directamente, mediante dispositivos de desplazamiento positivo
• Indirectamente, mediante dispositivos de: presión diferencial, área variable, velocidad, fuerza, etc. Puesto que la medida de caudal volumétrico en la industria se realiza, generalmente, con instrumentos que dan lugar a una presión diferencial al paso del fluido, abordaremos en primer lugar los medidores de presión diferencial. Esta clase de medidores presenta una reducción de la sección de paso del fluido, dando lugar a que el fluido aumente su velocidad, lo que origina un aumento de su energía cinética y, por consiguiente, su presión tiende a disminuir en una proporción equivalente, de acuerdo con el principio de la conservación de la energía, creando una diferencia de presión estática entre las secciones aguas arriba y aguas abajo del medidor.
Caudal
El caudal es la cantidad de flujo que atraviesa una superficie de control por unidad de área (siempre que el área sea perpendicular a la dirección del flujo), matemáticamente es expresado de dos formas, como el volumen de fluido por unidad de tiempo que atraviesa una superficie de control ó el producto de la velocidad del flujo por el área transversal de flujo
Medición de Caudal
Existen básicamente dos métodos de medición de caudal: Volumétrico e Inferencial. Cada uno de los métodos está fundamentado en la forma como se determina el caudal ((1.1) ó (1.2)).
Método Volumétrico
Este método exige la medición del tiempo requerido para recolectar cierta cantidad de volumen de fluido, el caudal es determinado por la ecuación (1.1). Este método, aplicado de forma correcta es muy preciso, siempre que el caudal sea un valor constante; sin embargo, su aplicación en procesos industriales no siempre es factible, ya que requiere desviar el flujo de una red hacia algún tanque de almacenamiento. Este método es empleado en el banco volumétrico.
Método Inferencial
El método inferencial permite determinar alguna variable que sea función del caudal que está pasando por el sistema, las dos variables que con más frecuencia se emplean en este método es la velocidad o un diferencial de presión. Este método es aplicado al tubo Venturi, la placa orificio y el rotámetro .
Se estima que, actualmente, al menos un 75% de los medidores industriales en uso son dispositivos de presión diferencial, siendo el más popular la placa de orificio.
Medidores de Presión Diferencial:
Las principales ventajas de dichos medidores son: – su sencillez de construcción, no incluyendo partes móviles, – su funcionamiento se comprende con facilidad, – no son caros, particularmente si se instalan en grandes tuberías y se comparan con otros medidores, – pueden utilizarse para la mayoría de los fluidos, y – hay abundantes publicaciones sobre sus diferentes usos.
Sus principales desventajas son: – la amplitud del campo de medida es menor que para la mayoría de los otros tipos de medidores, – pueden producir pérdidas de carga significativas, – la señal de salida no es lineal con el caudal, – deben respetarse unos tramos rectos de tubería aguas arriba y aguas abajo del medidor que, según el trazado de la tubería y los accesorios existentes, pueden ser grandes. – pueden producirse efectos de envejecimiento, es decir, acumulación de depósitos o la erosión de las aristas vivas, – la precisión suele ser menor que la de medidores más modernos, especialmente si, como es habitual, el medidor se entrega sin calibrar.
Instrumentos de medición de caudal
Existe una gran variedad de equipos e instrumentos de medición de caudal, sin embargo en el desarrollo de esta práctica sólo se estudiaran
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placas de orificio, toberas,
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tubos Venturi, tubos Pitot, tubos Annubar, codos, medidores de área variable, medidores de placa.
Placa Orificio
Este dispositivo funciona bajo el mismo principio que el tubo Venturi, solo que la modificación de la velocidad la produce una placa instalada trasversalmente al flujo, con un orificio de diámetro menor al de la tubería. En la Figura 4 se puede apreciar una placa con un orificio instalada en una tubería de diámetro
Cuando el fluido atraviesa el
orificio, aumenta su velocidad y disminuye la presión, instalando dos piezómetros, se puede determinar la caída de presión, y aplicando el mismo
procedimiento anterior se puede obtener el caudal.
Donde Q: caudal volumétrico E : coeficiente de velocidad de acercamiento Β = d/D d: diámetro del orificio D: diámetro interior de la cañería aguas arriba ρ: densidad del fluido C: coeficiente de descarga En el caso de un fluido compresible ε: coeficiente de expansión
Algunos tipos de placas de orificio
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La concéntrica: sirve para líquidos La excéntrica: para los gases La segmentada cuando los fluidos contienen un alto porcentaje de gases disueltos.
Principales Características de la placa orificio: _ Rangeability: 3:1 _ Requiere tramos de cañerías rectos aguas arriba y aguas abajo de la medición. _ Se utiliza generalmente para la medición en gases y vapores. _ Caída de presión permanente considerable. _ Son de fácil instalación. _ Son relativamente baratos. _ La señal de salida no es lineal con el caudal Tobera
La tobera presenta una entrada curvada que se prolonga en un cuello cilíndrico, siendo el coeficiente de descarga similar al del tubo Venturi. Sin embargo, la caída de presión es del mismo orden que en la placa de orificio, para el mismo caudal y con el mismo tamaño de tubería. En este medidor al igual que en el diafragma, se dispone de una toma de presión anterior y otra posterior, de manera que se puede medir la presión diferencial. La tobera permite caudales muy superiores a los que permite el diafragma (del orden de 60% superiores). Se utilizan en el caso de tuberías con diámetros mayores de 30cm
Principales Características de la Tobera: _ La tobera permite caudales superiores a los de la placa (60% aproximadamente) en iguales condiciones de servicio. _ Pérdida de carga es de 30 – 80 % de la presión diferencial. _ Se puede utilizar para fluidos que arrastren sólidos en pequeñas cantidades. _ Precisión es de 0.95 – 1.5 % aproximadamente. Tubo Venturi
Tubo de Venturi es un dispositivo que origina una pérdida de presión al pasar por él un fluido. En esencia, éste es una tubería corta recta, o garganta, entre dos tramos cónicos. La presión varía en la proximidad de la sección estrecha; así, al colocar un manómetro o instrumento registrador en la garganta se puede medir la caída de presión y calcular el caudal. El principio de funcionamiento está basado en que al aumentar la velocidad de un flujo, su energía debido a la presión disminuye, por lo tanto, si se logra medir la presión a la entrada del tubo Venturi y en la garganta, se puede determinar el caudal.
Principales Características del Tubo Venturi: _ Permite la medición de caudales superiores a los de la placa (60% aproximadamente) en iguales condiciones de servicio. _ Se utiliza en el caso que deba bombearse grandes cantidades de líquido de forma continua. _ Su instalación no es sencilla. _ Pérdida de carga es de 10 – 20 % de la presión diferencial (aproximadamente). _ Elevado costo. _ Permite el pasaje de fluido con un elevado contenido de sólidos. _ Su precisión es de 0.75 % aproximadamente. Tubo Pitot
Los tubos de Pitot son instrumentos sencillos, económicos y disponibles en un amplio margen de tamaños. Si se utilizan adecuadamente pueden conseguirse precisiones moderadas y, aun que su uso habitual sea para la medida de la velocidad del aire, se usan también, con la ayuda de una técnica de integración, para indicar el caudal total en grandes conductos y, prácticamente, con cualquier fluido.
Generalmente se utiliza el Tubo de Pitot con dos tubos concéntricos, como se muestra a continuación:
El interior actúa como tubo de Pitot y el exterior como un medio para poder medir la presión estática y de esta manera poder determinar la velocidad del fluido. Principales Características Tubo de Pitot : _ Es un instrumento sencillo. _ Es económico. _ Disponible en un amplio rango de tamaños. _ Si su utilización es adecuada, pueden conseguirse precisiones moderadas.
_ La medición se debe realizar para fluidos limpios con una baja pérdida de carga. Para líquidos quizás el principal problema sea la rotura de la sonda. _ Su uso habitual es para la medición de la velocidad del aire, también se lo utiliza para determinar el caudal total en grandes conductos y prácticamente con cualquier fluido. _ Su instalación no es sencilla. _ Su precisión es baja, del orden de 1.5 – 4 %.
Tubo de Annubar.
Es una variante de tubo de pitot que dispone de varia tomas a lo largo de la transversal, con lo que se mide la presión total de varios puntos, obteniendo la medida de estos valores y evitando y evitando error que produce el tubo de pitot.
Principales Características Tubo Annubar :
_ Tiene mayor precisión que el Tubo de Pitot. _ Precisión del oren del 1 – 3 % aproximadamente. _ Tiene bajo costo inicial. _ Tiene baja pérdida de carga. _ Se utiliza para la medición de pequeños o grandes caudales de líquidos y de gases.
Rotámetro
El rotámetro es un medidor de área variable, consta de un tubo cónico invertido de vidrio provisto de una escala graduada, dentro del tubo existe un flotador con una serie de ranura. El flujo ingresa por la parte inferior, al pasar alrededor del flotador, las ranuras provocan un movimiento rotacional en el mismo, lo cual permite que el flotador se ubique en el centro del tubo de forma estable, la altura alcanzada por el flotador está relacionada con el caudal que fluye por el tubo, en la Figura 5 se presentan las partes constitutivas de un rotámetro.
ECUACIONES DEL ROTAMETRO
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Q = A ⋅ v = C d A
2V c g ( ρ c − ρ f ) ρ f ⋅ Ac
C d
=
1
cw
