Medidores volumétricos Los medidores volumétricos determinan el caudal en Volumen del fluido. Hay que señalar que la medida de caudal en la industria se efectúa principalmente con elementos que dan lugar a una presión diferencial al paso del fluido. Entre estos elementos se encuentran los caudalímetros de obstrucción; la placa-orificio o diafragma, la tobera, y el tubo Venturi PRESION DIFERENCIAL Caudalímetros de obstrucción Existen tres tipos de caudalímetros de obstrucción;el tubo Venturi, la tobera, y la placa orificio o diafragma. En cada caso, el medidor actúa como un obstáculo al paso del fluido provocando cambios en la velocidad. Consecuentemente, estos cambios de velocidad causancambios en la presión. En los puntos donde la restricción es máxima, la velocidad del fluido es máxima y la presión es mínima. El tubo Venturi El tubo Venturi es un dispositivo que origina una pérdida de presión al pasar por él un fluido. Está compuesto por una tubería corta recta o garganta entre dos tramos cónicos, uno convergente y uno divergente o de descarga. La presión varía en la proximidad de la sección estrecha; así al colocar un manómetro o un instrumento registrador en la garganta de puede medir la caída de presión y calcular el caudal. En el tubo Venturi, el flujo desde la tubería principal en la sección 1 se hace acelerar a través de la garganta, donde disminuye la presión del fluido. Después el flujo se expande a través del cono divergente al mismo diámetro que la tubería principal. En la pared de la tubería de la sección 1 y en la pared de la garganta, sección 2, se ubican las tomas de presión. En dichas tomas se puede conectar un manómetro de presión diferencial de tal forma que la deflexión hes una indicación de la deferencia de presión p1– p2
La tobera La tobera consta de un tubo corto cuyo diámetro disminuye en forma gradual de un extremo al otro. También posee dos tomas de presión, una ubicada del lado anterior y otra ubicada del lado posterior de la tobera, en las que se puede conectar un manómetro de presión diferencial. La tobera se la puede emplear para medir caudal de fluidos con dos fases, de vapor o líquidos viscosos, para líquidos que tengan una pequeña cantidad de sólidos en suspensión. Sin embargo, no debe emplearse para líquidos con concentraciones de sólidos mayores que puedan llegar a obturarla. El costo de la tobera es de 8 a 16 veces el de la placa orificio y su precisión es del orden de ±0.95% a ±1,5%.
Placa orificio o diafragma
La placa orificio consiste en una placa perforada ubicada en el interior de una tubería. Posee además, dos tomas de presión, una en la parte anterior y otra en la parte posterior de la placa, a las cuales se conecta un manómetro de presión diferencial. La placa orificio hace que la obstrucción al paso del fluido por la tubería sea de forma abrupta, esto provoca que la vena fluida presente una sección inferior a la del estrechamiento que se denomina “vena contracta” y que se encuentra corriente abajo del mismo El orificio de la placa puede ser concéntrico, excéntrico o segmental . El concéntrico es el más comúnmente utilizado. El orificio de la placa es circular y concéntrico con el tubo en el que va instalado. Su exactitud es mucho mayor a la de los otros dos tipos de orificios
El tubo Pitot Mide la diferencia de presión entre los puntos ay b la cual es proporcional al cuadrado de la velocidad. El fluido se desplaza por las aberturas en a, estas aberturas son paralelas a la dirección del flujo y están situadas lo suficientemente lejos como para que la velocidad y la presión fuera de ellas tengan los valores del flujo libre. Por lo tanto, la presión en el brazo izquierdo del manómetro, que está conectado a las aberturas, es la presión estática pa. La abertura del brazo derecho del manómetro perpendicular a la corriente. La velocidad se reduce a cero en el punto b y el líquido se detiene en ese sitio. La presión en bes la presión total de empuje. De acuerdo con la ecuación de Bernoulli en los Puntos a y b. Su precisión es baja, del orden de 1,5% - 4%, y de emplea normalmente para la medición de grandes caudales de fluidos limpios con una baja pérdida de carga. AREA VARIABLE
Los rotámetros Son dispositivos cuya indicación es esencialmente lineal con el caudal. Estos son instrumentos de área variable comúnmente llamados rotámetros. Están compuestos por dos partes principales, un tubo cónico y un flotador libre de movimiento cuya posición dentro del tubo es proporcional al flujo del fluido. La parte anterior del rotámetro es de vidrio y posee una escala graduada en la que puede leerse directamente el valor del caudal, de acuerdo a la posición del flotador. A los rotámetros se les puede acoplar un transductor eléctrico de manera de obtener una tensión eléctrica proporcional al caudal Los rotámetros presentan algunas desventajas; deben ser montados en posición vertical, el flotador puede quedar no visible si el líquido empleado es opaco, no debe ser utilizado para líquidos que contengan grandes porcentajes de sólidos en suspensión y son costosos para líquidos con altas presiones y/o altas temperaturas. Las ventajas que presentan son; tienen una escala uniforme en todo el rango del instrumento, la pérdida de presión es fija para todo el rango de medida, la capacidad se puede cambiar con cierta facilidad si se reemplaza el flotador o el tubo, pueden manejar líquidos corrosivos sin inconvenientes y son de fácil lectura.El intervalo de medida de los rotámetros es usualmente de 1 a 10 (relación entre al caudal mínimo y máximo) con una escala lineal. Su precisión es del 1% cuando se encuentran calibrados. TENSION INDUCIDA
Medidor magnético
La ley de Faraday establece que, la tensión inducida a través de un conductor, al moverse éste perpendicularmente a través de un campo magnético es proporcional a la velocidad del conductor. La ecuación de la ley de Faraday es la siguiente: Es= K B l v Es= tensión generada en el conductor K= constante B= densidad del campo magnético I= longitud del conductor v= velocidad del conductor En el medidor magnético de caudal (figura 1.15) el conductor es el líquido y ES es la señal generada; esta señal es captada por dos electrodos rasantes con la superficie interior del tubo y diametralmente opuestos. La única zona del líquido en movimiento que contribuye a la f.e.m. es la que une en línea recta a los dos electrodos,B es la densidad del campo magnético creado por medio de la bobina del campo, D es el diámetro de la tubería y v es la velocidad del fluido
Los medidores magnéticos del caudal son adecuados para la medida de caudales de líquidos conductores en particular los líquidos fangosos y fluidos corrosivos. Pueden medir caudales en ambos sentidos del fluido en la tubería, además este medidor es no invasivo pues no tiene elementos que obstruyan el paso del fluido en la tubería. Poseen una elevada precisión, del orden del 0.1%. n el medidor magnético de caudal, un par de bobinas magnéticas se sitúa según lo mostrado en la figura, junto con un par de electrodos rasantes con la superficie interior del tubo y diametralmente opuestos. Si un líquido conductor atraviesa un tubo de diámetro (D) con una densidad del campo magnético (B) generada por las bobinas, la cantidad del voltaje (E) desarrollada a través de los electrodos -- según lo predicho por la ley de Faraday -- será proporcional a la velocidad (V) del líquido.
que contribuye a la f.e.m. es la que une en línea recta a los dos electrodos. Características: • Requiere fluidos conductores (pastosos, viscosos y corrosivos). • No producen perdidas de presión. • Requiere de compensación por factores de conductividad y temperatura. • No sirve para fluidos gaseosos. • Requiere de tubería siempre llena de fluido.
Cabe mencionar que realmente la única zona del líquido en movimiento
Velocidad Principalmente existen tres elementos para caudalímetros que basan su principio de funcionamiento en la velocidad del fluido: Los vertederos (para canales abiertos), las turbinas y las sondas ultrasónicas. Los primeros, en este artículo no serán de mucho interés, los medidores de caudal tipo turbina se basan en un rotor que gira a una velocidad proporcional al caudal del fluido que pasa. Para obtener la velocidad de giro del rotor se pueden utilizar dos técnicas. La primera de ellas consiste en la variación de la reluctancia que experimenta un circuito magnético exterior al paso de cada una de las palas del rotor. Dentro del grupo de los medidores rotativos, destacan el cicloidal, el birrotor y eloval. Los cicloidales consisten en dos lóbulos engranados entre sí que giran en direcciones opuestas y desplazando un volumen fijo de fluido en cada revolución. El sistema birrotor consta de dos rotores sin contacto mecánico entre sí que giran sincronizados gracias a un acoplamiento con engranajes externo a la cámara por donde pasa el fluido (donde están los dos rotores). El desgaste mecánico es mínimo por no existir contacto entre los dos rotores y porque estos están equilibrados estática y dinámicamente. Además, se apoyan en rodamientos de bola de acero inoxidable. Su aplicación principal es la medición de caudales de productos petrolíferos. Los medidores ovales están formados por dos ruedas ovales que engranan entre sí. Su movimiento de giro es debido a la presión diferencial creada por el fluido.
DESPLAZAMIENTO POSITIVO
Los medidores de desplazamiento positivo miden el caudal volumétrico contando o integrando volúmenes separados del líquido. Las partes mecánicas de éstos instrumentos se mueven aprovechando la energía del fluido en movimiento. La precisión depende de los espacios entre las partes móviles y las fijas y aumenta con la calidad de la mecanización y con el tamaño del instrumento. Dentro de los medidores de desplazamiento positivo se encuentran: el medidor de disco giratorio y el medidor de pistón alternativo.
Medidor de disco giratorio El instrumento está compuesto por una cámara circular con un disco plano móvil el cual posee una ranura en la que está intercalada una placa fija. Esta placa separa la entrada de la salida e impide el giro del disco durante el paso del fluido.
Medidor de pistón alternativo El medidor de pistón convencional (figura 1.18) es el más antiguo de los medidores de desplazamiento positivo. Básicamente, está compuesto por un cilindro en donde se aloja el pistón y las válvulas que permiten la entrada y salida del líquido en su interior.
