Instrumentacin y Comunicaciones Industriales1 MEDICIN DE CAUDAL Captulo del Trabajo final de los Ings. M. Lpez Garca y M. Ramn, quienes gentilmente autorizaron su publicacin en nuestra pgina web. Agosto de 2007 Instrumentacin y Comunicaciones Industriales2 Captulo 1 Medicin de caudal y Transductores de caudal de fluidos Movimiento de fluidos Elestudiodelmovimientodelosfluidossepuederealizaratravsdela dinmica como tambin de la energa que estos tienen en su movimiento. Unaformadeestudiarelmovimientoesfijarlaatencinenunazonadel espacio,enunpuntoenuninstantet,enelseespecificaladensidad,la velocidad y la presin del fluido. En ese punto se examina lo que sucede con el fluido que pasa por l. Almovimientodeunfluidoselellamaflujoydependiendodelas caractersticas de este se les puede clasificar en: 1.-Flujoviscosoynoviscoso:losflujosviscosossonaquellosque presentan resistencia al avance. Todos los fluidos reales son viscosos. 2.-Flujoincompresibleycompresible:Losflujosincompresiblesson aquellosenqueladensidad(=Masa/Volumen)prcticamente permanece constante. 3.-Flujolaminaryturbulento:enelflujolaminar,elfluidosedesplazaen lminasocapasparalelas.Enelturbulentolaspartculassemueven siguiendo trayectorias muy irregulares. 4.-Flujo permanente: si las propiedades como la densidad, la velocidad, la presinnocambianeneltiempoen unpuntodelespacio,entoncesse dice que el flujo es permanente, pudiendo cambiar de un punto a otro. La ecuacin de continuidad Figura 1.1 Instrumentacin y Comunicaciones Industriales3 La figura 1.1 representa una tubera por la que circula lquido de densidad constante.SeanA1yA2lasreasdelasseccionestransversalesendos puntosdiferentesdeltubo.Designemosporv1lavelocidaddelfluidoenA1y porv2ladelfluidoenA2.Enelintervalodetiempot,unelementodefluido recorreunadistanciavt.Entonces,lamasadelfluidom1es aproximadamente, m1 = A1v1t Es decir, el flujo de masa caudal msico, m1t / t es aproximadamente A1v1. Debemos tomar t suficientemente pequeo para que en este intervalo detiemponivniAcambienapreciablementeenladistanciaquerecorreel fluido. En el lmite, cuando t0, obtenemos las definiciones precisas: Flujo de masa en A1 = A1v1 [kg/s] Flujo de masa en A2 = A2v2 [kg/s] Ya que ningn fluido puede salir por las paredes del tubo y puesto que no hayfuentesnisumiderosenlosquesepuedacrearodestruirfluidoenel tubo, la masa que cruza cada seccin del tubo por unidad de tiempo debe ser la misma. A1v1 = A2v2 Es decir,Av = cte. Este resultado expresa la ley de la conservacin de la masa en la dinmica de los fluidos.Si el fluido es incompresible, la ltima ecuacin toma la forma ms sencilla A1v1 = A2v2 [l/s] Es decir Av = cte. El producto Av da el flujo de volumen caudal volumtrico. Clasificacin de los transductores y caractersticas Existen varios mtodos para medir el caudal segn sea el tipo de fluido, la precisindeseada,elcontrolrequeridoyeltipodecaudalvolumtricoo msico. En el presente captulo, se nombrarn y se explicarn algunos de ellos, dndolemsimportanciaalosmedidoresvolumtricosqueallosdecaudal masa, pues los primeros son los que se utilizan ms frecuentemente. Entre los transductores ms importantes figuran los siguientes: Instrumentacin y Comunicaciones Industriales4 Medidores volumtricos SistemaElemento Presin diferencial De obstruccin: Placa-orificio, Tobera y Tubo Venturi. Tubo Pitot. rea variableRotmetro. Velocidad Turbina. Sondas ultrasnicas. Tensin inducidaMedidor magntico. Desplazamiento positivo Disco giratorio. Pistn alternativo. Medidores de caudal masa SistemaElemento Trmico Diferencia temperaturas en dos sondas de resistencia.

Medidores volumtricos Losmedidoresvolumtricosdeterminanelcaudalenvolumendelfluido. Hayquesealarquelamedidadecaudalenlaindustriaseefecta principalmenteconelementosquedanlugaraunapresindiferencialalpaso delfluido.Entreestoselementosseencuentranloscaudalmetrosde obstruccin; la placa-orificio o diafragma, la tobera, y el tubo Venturi. Caudalmetros de obstruccin Existentrestiposdecaudalmetrosdeobstruccin;eltuboVenturi,la tobera, y la placa orificio o diafragma. En cada caso, el medidor acta como un obstculoalpasodelfluidoprovocandocambiosenlavelocidad. Consecuentemente, estos cambios de velocidad causan cambios en la presin. Enlospuntosdondelarestriccinesmxima,lavelocidaddelfluidoesmxima y la presin es mnima. Caudalmetros de obstruccin para fluidos incompresibles Un fluido incompresible fluye a travs de una tubera con una obstruccin como se muestra en la figura 1.2, la frmula del caudal se basa en la aplicacin del teorema de Bernoulli en los puntos 1 y 2: Instrumentacin y Comunicaciones Industriales5 Figura 1.2. Fluido a travs de una obstruccin en una tubera. 222 1212 2pgv pgv+ = + donde: v1 y v2 son las velocidades del fluido en los puntos 1 y 2en m/s p1 y p2 son las presiones del fluido en los puntos 1y 2 en kg/m2 g es la aceleracin de la gravedad en m/s2 es la densidad del fluido en kg/m3 Adems,se puede plantear la ecuacin de continuidad: 2 2 1 1v A v A = A1 y A2 son las secciones de la tubera en los puntos 1 y 2 en m2. De esta ltima ecuacin: 2211vAAv|||

\|= reemplazando v1 en la primera:

|||

\| = 212222 112 AAgvp p entonces, la ecuacin del caudal resulta: |||

\| |||

\|= =2 121222 221p pgAAAv A Qideal

LasunidadesdeQidealestndadasenm3/s.Lapalabraidealserefiereaque estaltimaecuacinnotieneencuentalasprdidas,comoporejemplola rugosidad de la caera o la viscosidad del fluido. Parauncaudalmetrodado,A1yA2sonvaloresdefinidos,demodoque conviene escribir: Instrumentacin y Comunicaciones Industriales6 |||

\|=1211AAM M es el coeficiente de velocidad de acercamiento. Hayotrosdoscoeficientesqueseusanenloscaudalmetrosdeobstruccin, sonelcoeficientededescargaCyelcoeficientedecaudalK.Estosestn definidos de la siguiente manera: CM KQQCidealreal== ElcoeficientededescargaCtieneencuentalasprdidasatravsdel caudalmetro,mientrasqueelcoeficientedecaudalKseutilizademanera conveniente para combinar el factor de prdidas con la constante del medidor. Los valores de C y M se utilizan a menudo en el tubo Venturi, mientras que el factor combinado K se utiliza para la tobera y la placa orificio. El tubo Venturi El tubo Venturi es un dispositivo que origina una prdida de presin al pasar por l un fluido. Est compuesto por una tubera corta recta o garganta entre dos tramos cnicos, uno convergente y uno divergente o de descarga (figura 1.3). Figura 1.3. Tubo Venturi. La presin vara en la proximidad de la seccin estrecha; as al colocar un manmetroouninstrumentoregistradorenlagargantadepuedemedirla cadadepresinycalcularelcaudal.EneltuboVenturi,elflujodesdela tuberaprincipalenlaseccin1sehaceaceleraratravsdelagarganta, donde disminuye la presin del fluido. Despus el flujo se expande a travs del cono divergente al mismo dimetro que la tubera principal. Enlapareddelatuberadelaseccin1yenlapareddelagarganta, seccin 2, se ubican las tomas de presin. En dichas tomas se puede conectar unmanmetrodepresindiferencialdetalformaqueladeflexinhesuna indicacin de la deferencia de presin p1 p2. Instrumentacin y Comunicaciones Industriales7 Deacuerdoalareferenciabibliogrfica[4],laecuacindelcaudalparael tubo venturi es: 2 1 22p pgCMA Qreal = sm3 LosvaloresdelcoeficientededescargaCseobtienendecurvasqueson funcindelnmerodeReynolds(verelapndice1).Lascurvassepueden encontrar en la referencia bibliogrfica [4]. El tubo venturi posee una elevada precisin del orden de 0,75%, permite el paso de fluidos con un porcentaje relativamente grande de slidos. Presenta la desventaja de ser costoso. La tobera Latoberaconstadeuntubocortocuyodimetrodisminuyeenforma gradualdeunextremoalotro.Tambinposeedostomasdepresin,una ubicada del lado anterior y otra ubicada del lado posterior de la tobera, en las que se puede conectar un manmetro de presin diferencial (figura 1.4). Figura 1.4. Tobera. Deacuerdoreferenciabibliogrfica[4],laecuacindelcaudalparala tobera es: 2 1 22p pgKA Qreal = sm3 A2eselreaquecorrespondealmenordimetrodelatobera(figura1.4). Recurdese queCM K =(pgina 5), los valores del coeficiente de descarga se obtienen de curvas que son funcin del nmero de Reynolds y que tienen como parmetro a la relacin de los dimetros = d/D. A dichas curvas se las puede encontrar en la referencia [4].La tobera se la puede emplear para medir caudal de fluidos con dos fases, devaporolquidosviscosos,paralquidosquetenganunapequeacantidad Instrumentacin y Comunicaciones Industriales8 deslidos ensuspensin.Sinembargo,no debeemplearse paralquidoscon concentraciones de slidos mayores que puedan llegar a obturarla. El costo de la tobera es de8 a 16 veces el de la placa orificio y su precisin es del orden de0.95% a 1,5%. Placa orificio o diafragma Laplacaorificioconsisteenunaplacaperforadaubicadaenelinteriorde unatubera.Poseeadems,dostomasdepresin,unaenlaparteanteriory otra en la parte posterior de la placa, a las cuales se conecta un manmetro de presin diferencial (figura 1.5). Figura 1.5. Placa orificio. La placa orificio hace que la obstruccin al paso del fluido por la tubera sea de forma abrupta, esto provoca que la vena fluida presente una seccin inferior a la del estrechamiento que se denomina vena contracta y que se encuentra corriente abajo del mismo (figura 1.6). El efecto de la vena contracta no sucede cuando el estrechamiento de la seccin de la caera es de forma gradual. Figura 1.6. Efecto de la vena contracta. El orificio de la placa puede ser concntrico, excntrico o segmental, como se muestra en la figura 1.7. El concntrico es el ms comnmente utilizado. El orificio de la placa es circular y concntrico con el tubo en el que va instalado. Suexactitudesmuchomayoraladelosotrosdostiposdeorificios.El Instrumentacin y Comunicaciones Industriales9 excntrico, el orificio en la placa es circular y tangente a la pared interna de la caeraenunpunto.Seutilizaparafluidoscondosfases:vaporhmedo, lquidos que contienen slidos, aceites que contienen agua, etc. El segmental, esunorificioenformadesegmentocirculartangenteenunpuntoala circunferenciainternadelacaera.Seutilizaparafluidosbarrososconla ventaja que no acumula slidos en el lado anterior a la placa. Figura 1.7. Distintos tipos de orificios. Deacuerdoalareferenciabibliogrfica[4],laecuacindelcaudalparala placa orificio es la misma que para la tobera: 2 1 22p pgKA Qreal = sm3 Enestecaso,A2 esalreadelorificiodelaplaca.RecurdesequeCM K =(pgina 5). Los valores de C se obtienen de curvas que son funcin del nmero deReynoldsyquetienencomoparmetroa=d/D.Adichascurvasselas puede encontrar en la referencia bibliogrfica [4]. Por ltimo, la precisin de la placa orificio est en el orden de 1% y 2%. El tubo Pitot EltuboPitot,elculsemuestraenlafigura1.8,mideladiferenciade presinentrelospuntosayblacualesproporcionalalcuadradodela velocidad.Elfluidosedesplazaporlasaberturasena,estasaberturasson paralelas a la direccin del flujo y estn situadas lo suficientemente lejos como paraquelavelocidadylapresinfueradeellastenganlosvaloresdelflujo libre.Porlotanto,lapresinenelbrazoizquierdodelmanmetro,queest conectadoalasaberturas,eslapresinestticapa.Laaberturadelbrazo derecho del manmetro perpendicular a la corriente. La velocidad se reduce a ceroenelpuntobyellquidosedetieneenesesitio.Lapresinenbesla presintotaldeempujepb.DeacuerdoconlaecuacindeBernoullienlos puntos a y b Instrumentacin y Comunicaciones Industriales10 Figura 1.8. Tubo Pitot. b ap v p = +221 donde: es la densidad del lquido v es la velocidad del lquido Como se puede ver en la figura, pb es mayor que pa. Como h es la diferencia de altura del lquido en los brazos del manmetro y esla densidad del lquido manomtrico resulta: b ap gh p = + ' 21 g es la aceleracin de la gravedad. Comparando las dos ecuaciones, ''ghvp gh vb2212== + Si elrea transversal de la tubera A es conocido, el caudal del lquido es Av, es decir: A Q = ' gh 2 Instrumentacin y Comunicaciones Industriales11 Suprecisinesbaja,delordende1,5%-4%,ydeempleanormalmente para la medicin de grandes caudales de fluidos limpios con una baja prdida de carga. Los rotmetros Sondispositivoscuyaindicacinesesencialmentelinealconelcaudal. Estossoninstrumentosdereavariablecomnmentellamadosrotmetros. Estn compuestos por dos partes principales, un tubo cnico y un flotador libre de movimiento cuya posicin dentro del tubo es proporcional al flujo del fluido. La parte anterior del rotmetro es de vidrio y posee una escala graduada en la que puede leerse directamente el valor del caudal, de acuerdo a laposicin del flotador (figura 1.9). Figura 1.9. Rotmetro Paraundadovalordecaudal,elflotadordentrodeltuboseencuentraen unaposicindeterminada,dondelasfuerzasqueactansobrel,se encuentranenequilibrio(figura1.10).Enestacondicindeequilibriose cumplen las siguientes ecuaciones: Instrumentacin y Comunicaciones Industriales12 G E FgvA C EV FV Gf l Dl ff f= +===22 en las que G = peso del flotador Vf = volumen del flotador f = peso especfico del flotador l = peso especfico del fluido E = fuerza de arrastre del fluido sobre el flotador F = fuerza de empuje del fluido sobre el flotador CD = coeficiente de arrastre del fluido sobre el flotador v = velocidad del fluido Af = rea de la seccin del flotador Aw = rea entre el flotador y la pared del tubo Resolviendo el sistema de ecuaciones anterior, resulta f ll f fwAgvCA Q ) ( =2 Figura 1.10. Fuerzas que actan sobre el flotador en la condicin de equilibrio. LafrmulapermitedeterminarelcaudaldelfluidoQquepasaatravsdel rotmetro. Este caudal depende del peso especfico de lquido y del rea entre elflotadorylapareddeltuboAw,quecambiasegnsealaposicindel flotador.Instrumentacin y Comunicaciones Industriales13 A los rotmetros se les puede acoplar un transductor elctrico de manera de obtener una tensin elctrica proporcional al caudal. Porejemplo,unodeellosesdeltipopotenciomtrico(figura1.12).Este transductor consta de una varilla de extensin del flotador, la cual en el extremo opuestoalmismoposeeunimn.Eltransductoradems,poseeunahlice magntica en el interior de un tubo de aluminio y un potencimetro cuyo brazo estsujetoaltubodealuminio.Cuandoelimnsedesplazahaciaarribay hacia abajo, como consecuencia del movimiento del flotador debido al cambio delcaudal,lahlicemagnticagiraprovocandoquesemuevaalbrazodel potencimetro y hace que vare la tensin en bornes. De esta manera, se logra una tensin proporcional a la posicin del flotador y en consecuencia, al caudal. Figura 1.12. Transductor potenciomtrico. Losrotmetrospresentanalgunasdesventajas;debensermontadosen posicinvertical,elflotadorpuedequedarnovisiblesiellquidoempleadoes opaco, no debe ser utilizado para lquidos que contengan grandes porcentajes de slidos en suspensin y son costosos para lquidos con altas presiones y/o altastemperaturas.Lasventajasquepresentanson;tienenunaescala uniformeentodoelrangodelinstrumento,laprdidadepresinesfijapara todo el rango de medida, la capacidad se puede cambiar con cierta facilidad si sereemplazaelflotadoroeltubo,puedenmanejarlquidoscorrosivossin inconvenientes y son de fcil lectura. Instrumentacin y Comunicaciones Industriales14 El intervalode medida de los rotmetros es usualmente de 1 a 10 (relacin entre al caudal mnimo y mximo) con una escala lineal. Su precisin es del 1% cuando se encuentran calibrados. Medidores de turbina Los medidores de turbina consisten en un rotor de mltiples aspas montado enunatubera,perpendicularalmovimientodellquido.Elpasodellquidoa travs de las aspas ejerce una fuerza de rotacin que hace girar al rotor a una velocidadqueresultadirectamenteproporcionalalcaudal(figura1.13).La velocidadderotacindelaturbinaescensadaporuntransductormagntico, cuyasealdesalidaesuntrendepulsos,loscualespuedensercontadosy totalizados.Elnmerodepulsoscontadosenunperododetiempodado,es directamente proporcional al caudal volumtrico. Figura 1.13. Medidor de turbina. Elusodelaturbinaestlimitadoporlaviscosidaddelfluido,cuando aumenta la viscosidad, cambia la velocidad del perfil del lquido a travs de la tubera. En las paredes del tubo el fluido se mueve ms lentamente que en el centro,demodoque,laspuntasdelasaspasnopuedengiraramayor velocidad.Paraviscosidadessuperioresa3o5centistokessereduceel intervalodemedidadelinstrumento.(1stokes=1cm2/s,referencia[5]).Es adecuado para la medida de caudales de lquidos limpios y filtrados. Su precisin es muy elevada, est en el orden de 0,3%. Caudalmetros ultrasnicos La medicin del caudal se realiza por medio de una onda sonora ultrasnica quesepropagaatravsdellquido.Constanbsicamentededos transductores piezoelctricos, uno acta como transmisor y otro comoreceptor de la onda sonora. Ambos transductoresse ubican en los lados opuestos de la caera.Parautilizarestetipodecaudalmetros,esnecesarioconocerla velocidad de propagacin de la onda ultrasnica en el lquido al cul se quiere medirelcaudal.Entreloscaudalmetrosultrasnicosseencuentranelde tiempo de vuelo y el efecto Doppler. Instrumentacin y Comunicaciones Industriales15 Caudalmetro de tiempo de vuelo El transmisor y el receptor se ubican uno de cada lado de la caera como semuestraenlafigura1.14(a).Eltransmisorenvaunaondadesonido pulsantedeunafrecuenciadeterminada,ysemideeltiempoenquelaondatarda en llegar al receptor. Figura 1.14. (a) Caudalmetro de tiempo de vuelo. (b) Caudalmetro de efecto Doppler. Delareferenciabibliogrfica[3],setranscribelaecuacindelavelocidad del fluido para este caudalmetro en funcin de la velocidad de propagacin de la onda sonora en el fluido: tDtg Cv =22) ( en la que v = velocidad del fluido C = velocidad del sonido en el fluido = ngulo de haz del sonido con relacin al eje longitudinal de la tubera D = dimetro interior de la tubera t = tiempo de vuelo de la onda del transmisor al receptor. Entonces el caudal medido es simplemente: Q = Av A es la seccin transversal de la caera. Caudalmetro de efecto Doppler Lavelocidaddelfluidosedeterminamidiendoelcorrimientodefrecuencia que experimenta la seal de retorno al reflejarse en partculas contenidas en el fluido (figura 1.14b). El empleo de ste caudalmetro est limitado a fluidos que contenganpartculasslidasensuspensin,peropermitemediralgunos caudales de fluidos tales como mezclas gas-lquido, fangos, etc. La velocidad del fluido se la puede expresar como: Instrumentacin y Comunicaciones Industriales16 ( ) cos 2t rf f Cv= donde: v = velocidad del fluido C = velocidad del sonido en el fluido = ngulo de haz del sonido con relacin al eje longitudinal de la tubera fr = frecuencia de la onda recibida ft = frecuencia de la onda transmitida Si la tubera tiene una seccin transversal A, el caudal es: Q = Av Algunas de las ventajas que presentan los caudalmetros ultrasnicos son: no ofrecen obstruccin al paso del fluido, son resistentes a la corrosin, el Doppler se puede instalar fuera de la tubera, tienen un bajo consumo de energa, etc. La precisin de ste tipo de caudalmetros est en al orden del 2%. Medidor magntico LaleydeFaradayestableceque,latensininducidaatravsdeun conductor,almoversesteperpendicularmenteatravsdeuncampo magntico es proporcional a la velocidad del conductor. La ecuacin de la ley de Faraday es la siguiente: Es = K B l v Es = tensin generada en el conductor K = constanteB = densidad del campo magntico I = longitud del conductor v = velocidad del conductor En el medidor magntico de caudal (figura 1.15) el conductor es el lquido y Es eslasealgenerada;estasealescaptadapordoselectrodosrasantes con la superficie interior del tubo y diametralmente opuestos. La nica zona del lquido en movimiento que contribuye a la f.e.m. es la que une en lnea recta a los dos electrodos, B es la densidad del campo magntico creado por medio de labobinadelcampo,Deseldimetrodelatuberayveslavelocidaddel fluido.Como 42Dv Q= resulta Instrumentacin y Comunicaciones Industriales17 DBEK Qs= Figura 1.15. Medidor magntico. Las frmulas anteriores indican que la seal Es depende de la velocidad del fluido y de la densidad del campo magntico B, la cual a su vez est influida por la tensin de la lnea y por la temperatura del fluido. Para obtener una seal que dependa nicamente de la velocidad, debe eliminarse la influencia de estos tres factoresy,porotroladoesmuydifcilmantenerlosenvaloresconstantes(la temperaturaylaconductividaddelfluidovienendadasporlascondicionesde cadacasoenparticular).Deaququelasealdetensindelmedidorse compara en el receptor con una tensin de referencia Er. Como las dos seales derivan a la vez del campo magntico B, la tensin de la lnea y las variaciones detemperaturaydeconductividaddellquidonoinfluyenenlaprecisindela medida. LasealdereferenciaErsetomadeunarrollamientocolocadoenlos bobinadosdelcampoquegeneranelflujomagntico.Enlafigura1.16puede verse un esquema de conexiones del elemento de medida. Figura 1.16. Diagrama de conexiones. Instrumentacin y Comunicaciones Industriales18 ElvalordeErseescogedetalformaquelarelacinEs /Ersehace constante en todos los medidores de caudal.Laconductividaddelfluidoeslanicacaractersticapropiadellquidoque puedelimitarelempleodelmedidormagnticodecaudal.Elsistema electrnico utilizado en el elemento y en el receptor permite medir caudales de lquidosquetenganunaconductividadsuperiora5micro-mhos/cm.No obstante,encasosespecialespuedetrabajarseconvaloresmenores, aadiendoalcircuitodemedidaunpreamplificadoradicional(acondicionador de seal), alcanzndose una conductividad mnima de 0,3 micro-mhos/cm. Losmedidoresmagnticosdelcaudalsonadecuadosparalamedidade caudalesdelquidosconductoresenparticularloslquidosfangososyfluidos corrosivos. Pueden medir caudales en ambos sentidos del fluido en la tubera, adems este medidor es no invasivo pues no tiene elementos que obstruyan el paso del fluido en la tubera. Poseen una elevada precisin, del orden del 0.1%. Medidores de desplazamiento positivo Losmedidoresdedesplazamientopositivomidenelcaudalvolumtrico contando o integrando volmenes separados del lquido. Las partes mecnicas destosinstrumentossemuevenaprovechandolaenergadelfluidoen movimiento.Laprecisindependedelosespaciosentrelaspartesmvilesy lasfijasyaumentaconlacalidaddelamecanizacinyconeltamaodel instrumento. Dentro de los medidores de desplazamiento positivo se encuentran: el medidor de disco giratorio y el medidor de pistn alternativo. Medidor de disco giratorio El instrumento est compuesto por una cmara circular con un disco plano mvilelcualposeeunaranuraenlaqueestintercaladaunaplacafija.Esta placaseparala entradadelasalida eimpideelgirodel disco duranteelpaso del fluido. La cara baja del disco est siempre en contacto con la parte inferior delacmara,mientrasquesupartesuperiorrozaconlapartesuperiordela cmaraenelladoopuesto.Deestemodolacmaraestdivididaen compartimientos separados de volumen conocido. Cuando pasa el fluido, el disco toma un movimiento de giro inclinado como un trompo cado y su eje transmite el movimiento a un tren de engranajes de un contadormecnico(figura1.17).Esteinstrumentoseutilizaenaplicaciones domsticas para la medicin de consumo de agua, se utiliza industrialmente en lamedicindecaudalesdeaguafra,aguacaliente,aceiteylquidos alimenticios. La precisin es de 1% a 2 %. Instrumentacin y Comunicaciones Industriales19 Figura 1.17. Medidor de disco giratorio. Medidor de pistn alternativo Elmedidordepistnconvencional(figura1.18)eselmsantiguodelos medidoresdedesplazamientopositivo.Bsicamente,estcompuestoporun cilindroendondesealojaelpistnylasvlvulasquepermitenlaentraday salida del lquido en su interior. El instrumento se fabrica en muchas formas: de variospistones,pistonesdedobleaccin,quesonlosqueellquidose encuentraenambascarasdelpistn,vlvulasrotativas,vlvulasdeslizantes horizontales,etc.Algunoscaudalmetros,enlugardetenervlvulas,poseen lumbreraspordondeentraysaleellquidodelcilindro,enestecaso,esel pistn quien se encarga de abrirlas o cerrarlas con su cara lateral. Figura 1.18. Medidor de pistn alternativo. Los pistones se unen mecnicamente a un cigeal por medio de una biela, paratransformarelmovimientoalternativodelospistonesenmovimiento circular. En el cigealvan ubicados uno o varios pequeos imanes que giran con l. Muy cerca de los imanes se coloca un transductor magntico, similar a Instrumentacin y Comunicaciones Industriales20 losqueposeenlosmedidoresdeturbina.Cuandounimnpasafrenteal transductor,steenvaunpulsoelctricocomosealdesalida.Elclculodel caudalserealizamedianteelconteodelospulsosdeltransductorenun intervalo de tiempo determinado.Laprecisin de este instrumento es muy elevada, del orden de 0,2%. Su capacidad es pequea comparada con los tamaos de otros medidores. Su costo inicial es alto y son difciles de reparar. MEDIDORES DE CAUDAL- MASA Sibienenlaindustrianormalmenteseempleanmedidoresvolumtricos paramedirelcaudal,amenudointeresaaprovecharlascaractersticas medibles de la masa. Medidores trmicos de caudal Elfuncionamientodelmedidortrmicodecaudalsebasaenelprincipio fsicodelaelevacindetemperaturadelfluidoensupasoporuncuerpo caliente.Esteaparato,quetambinrecibeelnombredemedidorThomas, consta de una fuente de alimentacin elctrica que proporciona calor constante alpuntomediodeuntuboporelcualcirculaunfluido.Enlospuntos equidistantesdelafuentedecalorseencuentransondasderesistenciapara medir la temperatura del fluido (figura 1.19). Figura 1.19. Medidor Thomas. Cuandoelfluidoestenreposo,latemperaturaeslamismaenlasdos sondas.Cuandoelfluidocirculaporeltubo,transportaunacantidaddecalor hacialasegundaresistenciaT2,yseproduceunadiferenciadetemperaturas entre los dos elementos que va aumentando a medida que aumenta el caudal. Ladiferenciadetemperaturasesproporcionalalamasadelfluidoquecircula por el tubo de acuerdo a la ecuacin: ) (1 2t t mc Qe = donde: Q = calor cedido por la fuente en caloras (cal) Instrumentacin y Comunicaciones Industriales21 m = masa del fluido en g ce = calor especfico del luido en cal/g C t1 = temperatura en sonda T1 en C t2 = temperatura de la sonda T2 de esta ltima ecuacin de puede despejar la masa : ) (2 1t t cQme= Las sondas de resistencia forman parte de un puente de Weatstone y la tensin desalidaresultaproporcionalaladiferenciadetemperaturasdelassondas. Latensindesalidadelpuentesepuedeamplificarylograrporejemplo,un rango de tensiones de 0 a 5V c.c. en el rango de temperaturas.La precisin que se logra con este tipo de instrumento es del orden de 1%