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Texto sobre los medidores de flujo, así como ejemplos de estos
Tipo: Apuntes
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sustituyen por sencillas uniones de presión que conducen a la tubería de entrada y a la garganta. La principal ventaja del Venturi estriba en que sólo pierde un 10 - 20% de la diferencia de presión entre la entrada y la garganta. Esto se consigue por el cono divergente que desacelera la corriente. Es importante conocer la relación que existe entre los distintos diámetros que tiene el tubo, ya que dependiendo de los mismos es que se va a obtener la presión deseada a la entrada y a la salida del mismo para que 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 Tubo de Venturi y con los conocimientos del caudal que se desee pasar por él. Deduciendo se puede decir que un Tubo de Venturi típico consta, como ya se dijo anteriormente, de una admisión cilíndrica, un cono convergente, una garganta y un cono divergente. La entrada convergente tiene un ángulo incluido de alrededor de 21º, y el cono divergente de 7º a 8º. La finalidad del cono divergente es reducir la pérdida global de presión en el medidor; su eliminación no tendrá efecto sobre el coeficiente de descarga. La presión se detecta a través de una serie de agujeros en la admisión y la garganta; estos agujeros conducen a una cámara angular, y las dos cámaras están conectadas a un sensor de diferencial de presión. Funcionamiento de un tubo de venturi En el Tubo de Venturi el flujo desde la tubería principal en la sección 1 se hace acelerar a través de la sección angosta llamada garganta, donde disminuye la presión del fluido. Después se expande el flujo a través de la porción divergente al mismo diámetro que la tubería principal. En la pared de la tubería en la sección 1 y en la pared de la garganta, a la cual llamaremos sección 2, se encuentran ubicados ramificadores de presión. Estos se encuentran unidos a los dos lados de un manómetro diferencial de tal forma que la deflexión h es una indicación de la diferencia de presión P 1 − P 2. Por supuesto, pueden utilizarse otros tipos de medidores de presión diferencial. La ecuación de la energía y la ecuación de continuidad pueden utilizarse para derivar la relación a través de la cual podemos calcular la velocidad del flujo. Utilizando las secciones 1 y 2 en la fórmula 2 como puntos de referencia, podemos escribir las siguientes ecuaciones: Aplicaciones tecnológicas de un tubo de Venturi El Tubo Venturi puede tener muchas aplicaciones entre las cuales se pueden mencionar: En la Industria Automotriz: en el carburador del carro, el uso de éste se pude observar en lo que es la Alimentación de Combustible. Los motores requieren aire y combustible para funcionar. Un litro de gasolina necesita aproximadamente 10.000 litros de aire para quemarse, y debe existir algún mecanismo
dosificador que permita el ingreso de la mezcla al motor en la proporción correcta. A ese dosificador se le denomina carburador, y se basa en el principio de Venturi: al variar el diámetro interior de una tubería, se aumenta la velocidad del paso de aire. Tubo de Pitot Definición El tubo Pitot es un instrumento que permite medir el flujo, es uno de los medidores más exactos para medir la velocidad de un fluido dentro de una tubería, su instalación consiste en un simple proceso de ponerlo en un pequeño agujero taladrado en la tubería, el tubo Pitot tiene sección circular y generalmente doblado en L. Consiste en un tubo de pequeño diámetro con una abertura delantera, que se dispone contra una corriente o flujo de forma que su eje central se encuentre en paralelo con respecto a la dirección de la corriente para que la corriente choque de forma frontal en el orificio del tubo. Funcionamiento : Si se requiere medir la velocidad de un fluido, se introduce este instrumento en la dirección opuesta del fluido y por la presión de dicha corriente, dicho fluido se empezará a elevar hasta una cierta altura sobre la superficie, conociendo esta altura ya se puede saber la velocidad de la corriente empleando el teorema de Torricelli o simplemente esta es mostrada con algún indicador de velocidad (flujo metro). Aplicaciones : Los manómetros de tubo de Pitot es un instrumento elemental para la medición de velocidades de flujo de gases o de aire en canales. Los manómetros de tubo de Pitot son una derivación de los clásicos tubos Prandtl, una combinación de tubo de Pitot para medir la presión total y una sonda de medición de la presión estática. Estrechamente relacionados con los manómetros surgen los anemómetros para medir velocidades de flujo. La ventaja de los manómetros de tubo de Pitot frente a otros métodos de medición consiste en el hecho de que un orificio relativamente pequeño sobre la pared del canal en las zonas más importantes del recorrido
para medir el caudal del fluido , se colocan dos tomas una antes de la placa y otra después, que captan la presión diferencial que se genera debido al aumento de la velocidad. Luego a través del principio de Bernoulli se llega a que la diferencia de presión es proporcional al cuadrado del caudal. Medidores de flujo de área variable En general un medidor de área variable no es más que un sistema en el que el flujo arrastra un flotador. El flotador está sometido a tres tipos de fuerza, el peso propio, hacia abajo, y el empuje más el arrastre del propio fluido ambos hacia arriba. Cuando se alcanza el equilibrio se puede correlacionar la velocidad del fluido y la posición del flotador. Como el área es conocida, podemos deducir el caudal que pasa. Existen una gran variedad de modelos de rotámetros, cada uno indicado para un caudal, naturaleza del fluido, y condiciones de utilización. Partes de un rotámetro Flotador : es una pieza que está en el interior del rotámetro. El flotador se mueve verticalmente por el rotámetro en función del caudal del fluido, cuanto mayor sea el caudal más arriba estará. Es la parte del rotámetro que marca el valor del caudal del fluido. Escala : indica el valor del caudal medido. El límite del flotador marcará la raya de la escala que corresponde al caudal del fluido. Guía : pieza del interior del rotámetro por la cual se desplaza el flotador. Sirve para asegurar que el flotador se desplace verticalmente. Tubo de medición : tubo por el cual se mueve el flotador, consiste en el cuerpo del rotámetro. Tope inferior : se trata del límite inferior del flotador. Cuando no está midiendo ningún caudal, el flotador se mantiene en reposo en esa posición. Tope superior : es el límite superior del flotador. Se recomienda que el flotador no llegue al tope superior para evitar desperfectos. Funcionamiento de un rotámetro Cuando circula un fluido por el rotámetro, actúan dos fuerzas sobre el flotador. En primer lugar, el fluido ejerce una fuerza vertical hacia arriba y, por otro lado, el peso del flotador es una fuerza vertical que lo empuja hacia abajo. Así pues, el funcionamiento del rotámetro se basa en encontrar el punto de equilibrio entre la fuerza que ejerce el fluido y la fuerza del peso del flotador. El rotámetro consiste en un tubo cónico, de manera que la
sección del tubo va aumentando a medida que el flotador sube. En consecuencia, la velocidad y la fuerza que hace el fluido sobre el flotador va disminuyendo. Así que el flotador irá subiendo, y al mismo tiempo la fuerza del fluido al flotador irá disminuyendo, hasta que dicha fuerza sea equivalente a la fuerza del peso del flotador. En ese instante el flotador quedará en equilibrio y dejará de moverse. Una vez el flotador está quieto, se debe mirar la escala del rotámetro, que ha sido previamente calibrada, para hacer la lectura de la medida del caudal. El valor del caudal será el número de la escala que coincide con el límite superior del flotador. En resumen, cuanto mayor sea el caudal del flujo, más subirá el flotador por el rotámetro. Y una vez el flotador esté estabilizado en un punto, el valor indicado por la escala del rotámetro será el valor del caudal del fluido. Características generales:
inoxidable. La posición del pistón se determina mediante seguidores magnéticos o mecánicos que se pueden leer desde el exterior del tubo de medición metálico. De manera semejante a los rotámetros de tubo de vidrio, la combinación de resorte y pistón determina el caudal, y las conexiones y materiales de construcción se deben escoger para satisfacer las demandas de las aplicaciones. Estos medidores se usan para servicios en los que la alta temperatura o presión de operación, el golpe de ariete, u otras fuerzas dañarían los tubos de medición de vidrio. Los caudalímetros de resorte y pistón se pueden usar para casi todos los fluidos, incluyendo líquidos y gases corrosivos. Están especialmente bien adaptados para aplicaciones de vapor, en las que los tubos de vidrio no son aceptables. Tipos: Bajos caudales Mide e indica caudal instantáneo. Construido con tubo de medición metálico en lugar de vidrio es el medidor A/V (Área Variable) confiable y exacto para bajos caudales, apto para altas presiones y fluidos agresivos o difíciles de manejar. Es muy utilizado para dosificar aditivos o ingredientes costosos en especialidades químicas, farmacéuticas, cosméticas, alimenticias, así como en Investigación y Desarrollo. Indicador acoplado magnéticamente con escalas intercambiables. Reed switch hermético (opcional) con novedoso doble sensor provee alarma sin afectar performance. Grandes caudales Mide e indica caudal instantáneo. Construido con tubo de medición metálico en lugar de vidrio puede manejar un muy amplio rango de caudales con gran exactitud (2%) a pesar de elevadas temperaturas y presiones en zonas explosivas. mínima caída de presión interna, no requiere contra presión, y dispone amortiguación para eliminar rebotes no deseados del flotante. indicador acoplado magnéticamente. Mismo largo en todos los tamaños facilita la sustitución. múltiples opciones de comunicación permiten integrarlo en sistemas de control existentes. Rotámetros en plástico Los tubos de plástico también se en usan algunos diseños de rotámetro debido a su menor costo y alta resistencia al impacto. Típicamente se construyen de policarbonato, con conexiones de extremo de metal o plástico. Con las conexiones de extremo de metal, se debe tener cuidado en la instalación, para no deformar las roscas. Los rotámetros construidos totalmente en plástico están disponibles para aplicaciones en las que no se pueden tolerar las piezas metálicas mojadas, como con agua desionizada y corrosivos. Los medidores/detectores de caudal se intercalan en un tramo vertical de la tubería donde el líquido suba, y permiten visualizar el caudal por el desplazamiento de un pequeño flotador sobre una escala graduada. Es uno de los sistemas más económicos además de preciso para medir en pequeños diámetros. Se les puede incorporar un interruptor que actúa al alcanzar el caudal un nivel prefijado.
Rotámetros armados con indicación magnética, neumática o eléctrica Transductores eléctricos Se acoplan a rotámetros y pueden ser de varios tipos:
Ventajas
medidor de régimen crítico, siendo idealizado por Ralph L. Parshall, ingeniero del servicio de irrigación del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos. Los medidores Parshall son identificados nominalmente por el ancho de su garganta, por ejemplo: un medidor de 9 pulg mide 0,23 m. En la fabricación de los medidores Parshall se han utilizado diversos materiales, pudiéndose fabricar de láminas de metal o madera y recientemente de fibra de vidrio, también se pueden construir directamente sobre el terreno con el uso de elementos de mampostería como ladrillos y bloques de concreto y en algunos casos fundidos con concreto reforzado para mayor durabilidad. Partes del medidor Parshall Consta de cuatro partes principales: Transición de entrada Sección convergente Garganta Sección divergente En la transición de entrada es conveniente elevar el piso sobre el fondo original del canal, con una pendiente ascendente de 1:4 (1 vertical y 4 horizontal), hasta comenzar la sección convergente, con paredes que se van cerrando en línea recta o circular de radio (R), debido a que el aforador Parshall es una reducción de la sección del canal, que obliga al agua a elevarse o a remansarse para luego volver a descender hasta el nivel inicial sin el aforador. En este proceso se presenta una aceleración del flujo que permite establecer una relación matemática entre la altura de carga o elevación que alcanza el agua y el caudal que circula a través del dispositivo. En la sección convergente, el fondo es horizontal y el ancho va disminuyendo. En la garganta el piso vuelve a bajar con una pendiente de 3:8 (3 vertical y 8 horizontal), en la sección divergente el piso sube nuevamente con pendiente de 1:6 (1 vertical y 6 horizontal). En cualquier parte del medidor Parshall, desde el inicio de la transición de entrada hasta la salida, el medidor tiene una sección rectangular.
Principio de operación El principio de funcionamiento básico emplea el cambio de frecuencia (efecto Doppler) de una señal ultrasónica cuando la reflejan partículas suspendidas o burbujas de gas (discontinuidades) en movimiento. Esta técnica de medición usa el fenómeno físico de una onda de sonido que cambia de frecuencia cuando se refleja en una discontinuidad en movimiento en un líquido que está fluyendo. Las ondas ultrasónicas se transmiten a un tubo con líquidos que fluyen, y las discontinuidades reflejan la onda de ultrasonido con una frecuencia ligeramente diferente que es directamente proporcional al flujo del líquido. La tecnología actual exige que el líquido contenga al menos 100 partes por millón (PPM) de partículas suspendidas o burbujas de 100 micras o más. Tipos Medidor de flujo ultrasónico con totalización Estos medidores de flujo ultrasónicos son para aplicaciones con 100 ppm de partículas o burbujas de tamaño de 100 micras en el líquido. Son buenas para tamaños de tubo de 0.25 a 120". Estos medidores de flujo se usan para aplicaciones de medición de flujo de 0.1 a 30 PPS. La serie FD-400 tiene una pantalla opcional, y opciones de salida de 4 a 20 mA, relevadores y salida de pulso de 12 V. Los sistemas de transmisor de medidor de flujo ultrasónico serie FD-400 están diseñados para usar cuando no se pueda instalar un sensor en el proceso. Para líquidos con sólidos suspendidos o aireación, modelos estándar y mejorado. Disponible en estilo de posición fija no invasiva. El FD-400 es una solución de medición de flujo Doppler ideal. Están bien adaptados para tubos llenos de líquido que contengan al menos 100 ppm de partículas suspendidas o burbujas de gas de 100 micras o mayores que actúen como "reflectores" de sonido; son necesarias para la operación. Los usos ideales para esta tecnología incluyen: medición de flujo de drenaje de aguas residuales, lodo reactivado, lodo activado de desecho, lodo primario, suspensiones, aceites crudos, suspensiones de cal, fosfatos y material de pulpa. Medidor de flujo ultrasónico portátil El medidor de flujo ultrasónico portátil serie FD610 viene con tecnología de medición Transfase avanzada, y ofrece evaluación precisa y fiable de la velocidad de flujo en sistemas de tubo cerrado. La serie FD610 usa un transductor de abrazadera no invasivo que se ubica en el exterior de un tubo. En unos cuantos segundos el LCD grande, de 18 mm (0.7") proporciona lecturas de flujo estables en pies por segundo o en metros por segundo. Este producto funciona en tubos de metal o plástico que contengan líquidos con más de 100 ppm de sólidos suspendidos o gases ocluidos de 100 micras o más.
Medidor de flujo ultrasónico para líquidos más limpios El FD-7000 se usa para medir el flujo de líquidos que contienen sólidos suspendidos o burbujas; los transductores están montados en un tendido recto de tubo de la misma manera que otros medidores ultrasónicos. En aplicaciones en las que no existes suficientes "reflectores" (una condición que se indica por una baja lectura en la gráfica de barras del analizador de flujo del FD-7000), los transductores se reubican en un punto en el tubo en la que habrá turbulencia hidráulica no simétrica, idealmente corriente abajo de un codo de 90 grados. El FD7000 sólo requiere 30 ppm de partículas de 25 de micras o más para poder hacer una medición. Medidor de flujo de desplazamiento positivo consiste de una cámara de medición y un mecanismo libre de contacto. Esto permite que el medidor requiera solo un mínimo de mantenimiento para prolongar su vida útil al máximo. Este sistema tiene una pérdida de presión mínima, lo cual hace que el mecanismo funcione prácticamente con gravedad. Su excelente exactitud y precisión no se ven afectadas al tener fluctuaciones de presión, temperatura o viscosidad; incluso en rangos amplios de flujo. Por lo que, en caso de contar con un flujo constante, su exactitud es suprema. Características Repetibilidad de alta precisión. Midas líquidos de baja viscosidad. Registros electrónicos opcionales. Versiones certificadas Exd para áreas peligrosas en todos los tamaños. No es necesario acondicionar el flujo (tubería recta, etc.) Opción de salida de pulsos en cuadratura y flujo bidireccional. Medidores de alta presión especiales para minería y exploración. Funcionamiento El medidor de flujo de engranajes ovalados utiliza dos engranajes de malla de dientes finos que son de forma ovalada y se acoplan entre sí en un cuerpo mecanizado de precisión. Este fluido se transfiere secuencialmente desde la entrada a la salida y se transmiten uno o dos pulsos por cada revolución del engranaje. Integrados dentro del equipo, un par de imanes químicamente resistentes proporcionan las señales externas. La detección de la rotación utiliza un interruptor de láminas o un sensor de efecto Hall en el exterior de la carcasa del fluido. Una variedad de materiales permite que los medidores se utilicen en una variedad de aplicaciones corrosivas.
Los medidores de flujo electromagnéticos gestionan aplicaciones de flujo críticas con el fin de optimizar la precisión, disminuir el mantenimiento del sistema y satisfacer las demandas de las condiciones de líquidos difíciles. Este medidor de flujo volumétrico no contiene partes móviles y es excelente para usos de aguas residuales o cualquier líquido sucio que sea conductivo o a base de agua. Características de los medidores magnéticos de flujo Exactitud. Si los componente primarios y secundarios del medidor se calibran como una unidad, se logra una exactitud del sistema tan buena como ± 0.5% del flujo. Si el campo magnético a través del tubo es uniforme, se puede medir la velocidad del fluido. Consecuentemente si existen cambios en el perfil de velocidad debido a otros patrones de flujo, la medición de velocidad neta no es afectada si el perfil de velocidad a través de la tubería es simétrico. Un perfil de velocidad no simétrico puede afectar la exactitud y causar errores en la medición. El medidor se debe usar en tuberías llenas de líquido para asegurar precisión en la medición debido a que éste genera un voltaje que es proporcional al promedio de la velocidad del fluido. Los cambios en la densidad y viscosidad no afectan la exactitud, puesto que el medidor no es sensible a las mismas. Característica conductora del fluido. Este medidor mide el flujo de fluidos eléctricamente conductores; sin embargo, el umbral de la conductividad para muchos medidores, disponibles comercialmente, es muy baja. Dirección del flujo. El medidor puede medir el flujo en ambas direcciones. Tipos de flujo donde se utilizan. Por no ofrecer obstrucción, este medidor es utilizado en flujos tipo "slurry". Son aplicables a aquellos fluidos que presentan problemas de manejo, tales como ácidos corrosivos, pulpa de papel, detergentes, pulpa de tomate, cerveza, etc. La instalación del medidor debe cumplir: La señal generada por estos medidores de flujo es de unos pocos milivoltios por lo que se requiere una instalación eléctrica apropiada con un buen aterramiento, tal como se muestra en la figura
La instalación del medidor debe tener 5 diámetros de tramo recto de tubería aguas arriba y 3 diámetros aguas abajo. El medidor se puede instalar en tuberías horizontales, verticales o inclinadas. Lo esencial es mantener los electrodos en un plano horizontal para asegurar un contacto interrumpido con el fluido En sistemas alimentados por la gravedad, el medidor se debe mantener completamente lleno; por lo tanto, este debe ser instalado en un punto bajo del sistema o preferiblemente, en una línea donde el fluido fluya verticalmente. Ventajas: No obstruye el flujo en la línea y por lo tanto las pérdidas de presión son mínimas, lo cual minimiza los costos de bombeo. No posee partes móviles lo que facilita el mantenimiento. Los requerimientos de potencia son bajos, particularmente con el tipo CD pulsado (15 a 20 vatios). Estos medidores son apropiados para medición de flujo de ácido, base, agua y soluciones acuosas dado que el material del forro no solo es un buen aislante eléctrico sino que también es resistente a la corrosión. El líquido solo esta en contacto con la pequeña cantidad de metal de los electrodos. Los materiales de electrodos más comunes son acero inoxidable, alloy 20, hastelloys, niquel, monel, titanio, tantalum, tungsteno y platino. Estos medidores son capaces de medir flujos muy bajos, con tamaño de tubería de hasta 1/8" de diámetro. También son apropiados para altas ratas de flujo, con tamaños de tubería tan grandes como 120" Se pueden utilizar bidireccionalmente Desventajas :
