medidores de flujo

REPBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACIN UNIVERSITARIA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL RAFAEL MARA BARALT PROGRAMA: INGENIERIA Y TECNOLOGA PROYECTO: INGENIERIA EN GAS CIUDAD OJEDA. EDO-ZULIA

Ciudad Ojeda; Agosto del 2011

ndice Introduccin 1. Medidores volumtricos 1.1. Instrumentos de presin diferencial 1.2. Elementos de presin diferencial 1.3. Tubo pitot 1.4. Tubo annubar 1.5. Tubo ventur 1.6. Tobera 1.7. Cua 1.8. V-cone 1.9. Transmisores de fuelle y de diagrama. 1.10. Integrados 2. rea variable 2.1. Rotmetros 3. Velocidad 3.1. Turbinas 3.2. Transductores ultrasnicos: tiempo de transito y efecto doppler 4. Tensin inducida 4.1. Medidor magntico de caudal 5. Desplazamiento positivo 5.1. Medidor de disco oscilante 5.2. Medidor de piston oscilante 5.3. Medidor de piston alternativo 5.4. Medidor de aspa rotatoria 5.5. Medidor rotativo 5.6. Medidor de paredes deformables 5.7. Accesorios 6. Torbellino y vortex 7. Oscilante 8. Medidores de caudal de masa 8.1. Compensacin de variaciones de densidad del fluido en medidores volumtricos 9. Medicin directa del caudal masa 9.1. Medidores trmicos del caudal 9.2. Medidores de coriolis 10. Comparacin de caractersticas de los medidores de caudal


Introduccin La medicin de flujo es uno de los aspectos mas importantes en la instrumentacin y control de procesos; de hecho, bien puede ser la variable mas comnmente medida. Existen muchos mtodos confiables y precisos para medir flujo. Algunos son aplicables solamente a lquidos, otros solamente a gases y vapores; y otros a ambos. El fluido puede ser limpio o sucio seco o hmedo, erosivo o corrosivo. Las condiciones de procesos tales como presin, temperatura, viscosidad y densidad pueden variar. Todos estos factores afectan la medicin y deben ser tomados en cuenta al momento de seleccionar los medidores de flujo. Es necesario por lo tanto, conocer el principio de operacin y caractersticas de fundamentos de los diferentes medidores de flujo disponibles. Sin tal conocimiento, es difcil seleccionar el medidor mas apropiado para una determinada aplicacin. De acuerdo con al principio de operacin, los medidores de flujo pueden ser agrupados de la siguiente manera: Medidores de flujo diferenciales (head meters) Medidores de desplazamiento positivo Medidores de rea variable Medidores volumtricos Medidores de flujo msico

Existen factores que pueden afectar un flujo de un fluido a travs de una tubera, los cuales normalmente son: velocidad, friccin del fluido en contacto con la tubera, viscosidad del fluido, la densidad (gravedad especifica), temperatura y presin. Un fluido en una tubera se puede mover de acuerdo a un patrn de flujo determinado, dependiendo en alto grado, de su velocidad. Estos patrones de flujo se conocen como laminar y turbulento. El flujo laminar es referido, algunas veces, como un flujo viscoso que se distingue por que las molculas del fluido siguen trayectorias paralelas cuando el fluido se mueve a travs de la tubera. El flujo turbulento por otra parte, se caracteriza por patrones errticos debido a que la turbulencia crea remolinos que mueven las molculas del fluido a lo largo de trayectorias irregulares. El termino de velocidad cuando se aplica a un flujo de fluidos en tuberas, se refiere a la velocidad promedio del mismo fluido. La friccin de la tubera reduce la velocidad del fluido, por lo tanto, se considera un factor negativo. Debido a esta friccin, la velocidad del fluido es menor cerca de la pared que en el centro de la tubera, mientras mas lisa es la tubera, menor es el efecto de la friccin sobre la velocidad del fluido.


Otro factor que afecta la velocidad del fluido es la viscosidad, la cual es una medida cuantitativa de la tendencia del flujo a resistir la deformacin. Los flujos que fluyen libremente tienen viscosidades bajas, los fluidos que parecen resistir a fluir libremente, tienen viscosidades altas. Algunos medidores de flujo se calibran para un valor de la viscosidad del fluido que pasa por el medidor. Si la viscosidad cambia, tambin lo hace el factor de calibracin, afectando la exactitud de la medicin. Otros medidores de flujo, como los medidores que utilizan el principio diferencial, tienen limitaciones de viscosidad. Esto se debe a que encima de ciertos valores los factores de flujo que intervienen en la ecuacin del medidor, ya no pueden ser considerados constantes. La viscosidad de un liquido depende principalmente de su temperatura y en menor grado de su presin. Los medidores de flujo de tipo diferenciales son los mas comnmente utilizados ya que estos miden el flujo de un fluido indirectamente, creando y midiendo una presin diferencial por medio de una obstruccin de flujo. El principio de operacin se basa en medir la cada de presin que se produce a travs de una restriccin que se coloca en la lnea de un fluido en movimiento, esta cada de presin es proporcional al flujo la proporcionalidad es una relacin de raz cuadrada, en la cual es flujo es proporcional a la raz cuadrada de un diferencial de presin. Esta relacin hace que la medicin de flujos menores del 30% de flujos mximos, no sea practica debido a la perdida de presin.


Medidores de flujo En la mayor parte de la operaciones realizadas en los procesos industriales y en la efectuadas en laboratorios y en plantas pilotos, es muy importante la medicin de lo caudales de lquidos o de gases. Existen varios mtodos para medir el caudal segn sea el tipo de caudal volumtrico o msico deseado. Entre los transductores mas importantes figuran: 1. Medidores volumtricos Los medidores volumtricos determinan el caudal en volumen de fluido, bien sea directamente (desplazamiento), bien indirectamente por deduccin (presin diferencial, rea variable, velocidad, fuerza, tensin inducida, torbellino). La medida de caudal volumtrico en la industria se efecta principalmente con elementos que dan lugar a una presin diferencial al paso del fluido. Para determinar el elemento primario proporcional a la velocidad del fluido, se utiliza la ecuacin: Q = AV Donde: Q: tasa de flujo A: rea transversal de la tubera V: velocidad del fluido Puede observase que la seal generada es lineal con respecto al flujo volumtrico. Lo medidores de tipo volumtrico son menos sensibles a las variaciones en el perfil de velocidad del fluido, cuando se les compara con medidores de tipo diferencial. Debido a que existe una relacin lineal con respecto al flujo, no existe una relacin de raz cuadrada, lo cual explica su mayor relacin de flujo mximo a flujo mnimo.


1.1.

Instrumentos de presin diferencial

Los medidores de flujo de tipo diferenciales son los mas comnmente utilizados ya que estos miden el flujo de un fluido indirectamente, creando y midiendo una presin diferencial por medio de una obstruccin de flujo. El principio de operacin se basa en medir la cada de presin que se produce a travs de una restriccin que se coloca en la lnea de un fluido en movimiento, esta cada de presin es proporcional al flujo la proporcionalidad es una relacin de raz cuadrada, en la cual es flujo es proporcional a la raz cuadrada de un diferencial de presin. Esta relacin hace que la medicin de flujos menores del 30% de flujos mximos, no sea practica debido a la perdida de presin. Los medidores de flujo de tipo diferencial generalmente estn constituidos por dos componentes: el elemento primario y el elemento secundario. Es el elemento primario es el dispositivo que se coloca en la tubera para obstruir el flujo y generar una cada de presin; el elemento primario se calcula y se selecciona de acuerdo al fluido y las caractersticas del proceso. El elemento secundario mide la cada de presin y proporciona una indicacin o seal de transmisin a una sistema de indicacin o control. La formula de caudal obtenida con los elementos de presin diferencial se basa en la aplicacin del teorema de Bernouilli (altura cintica + altura de presin + altura potencial = cte.) a una tubera horizontal.

Fig. 1 teorema de Bernouilli

Si, Pa, Pc y Va, Vc; son las presiones absolutas y velocidades a la zona anterior a la placa el fluido llena todo el conducto y en la vena contrada respectivamente, y Sa, Sc son las secciones correspondientes resulta:


Siendo

la densidad (masa por unidad de volumen) del fluido, habiendo no varia en toda la longitud estudiada de la vena. De aqu se

supuesto que obtiene:

Fig. 2- presin diferencial creada por la placa-orificio.

Y llamando:

d= dimetro de orificio en m D= dimetro anterior de la tubera en aguas arriba, en m

Y llamando a la reaccin de dimetros = d/D, resulta:

Y llamando E =

coeficiente de velocidad de acercamiento, resulta


Y el caudal en volumen ser

Y el caudal en peso

Expresando d en m; h, pa y pc en pascal y en kg/m3; siendo k una constante, d el dimetro del orificio y h la presin diferencial producida por el elemento. Las formulas anteriores son aproximadas. En la practica se consideran factores de correccin que tienen en cuenta el reparto desigual de velocidades, la contraccin de la vena del fluido, las rigurosidades de la tubera, el estado del liquido, del gas, del vapor, etc.

1.2.

Elementos de presin diferencial o Placa orificio: La placa de orificio consiste en una placa perforada que se instala en la tubera, el orificio que posee es una abertura cilndrica o prismtica a travs de la cual fluye el fluido. El orificio es normalizado, la caracterstica de este borde es que el chorro que ste genera no toca en su salida de nuevo la pared del orificio.

Fig. 3 disposicin de las tomas de presin diferencial Ciudad Ojeda; Agosto del 2011

Tipos de placa Orificios 1. La excntrica: para los gases 2. La concntrica: sirve para lquidos 3. La segmentada: cuando los fluidos contienen un alto porcentaje de gases disueltos

Placas de orificios segmntales En este tipo de placas, el orificio est constituido por un segmento de crculo y es montada en forma tal, q la parte circular del segmento coincida con la superficie inferior del tubo. Este tipo es apropiado para flujos de gases, lquidos que contienen muchos slidos porque previene la Acumulacin de slidos En el lado de la entrada.

Placa Orificio tipo excntrica Estas placas son usadas en ciertas aplicaciones donde el uso de orificios concntricos seria imposible debido a la acumulacin de material en el lado de la corriente arriba de la placa. Preferiblemente se usan para flujos de gases donde el cambio de presin implica condensacin cuando los fluidos contienen un alto porcentaje de gases disueltos. Estas placas su mucho mas precisas comparadas con las segmentadas. Especificaciones de instalacin de placa de orificio excntrico Los orificios excntricos deben ser centrados cuidadosamente. Ciudad Ojeda; Agosto del 2011

La pared del tubo y las juntas no deben cubrir ninguna parte del orificio. Las bridas deben ser instaladas de manera que las conexiones de presin estn en el lado del tubo. Con gases o lquidos que contengan slidos en suspensin, la placa debe ser instalada de manera que la abertura est en el fondo del tubo.

Boquilla de Flujo La boquilla de flujo, es el elemento primario del instrumento de flujo, colocado en el punto de medicin con objeto de crear una reduccin de presin diferencial relacionada al flujo. Especificaciones de instalacin de Boquilla de Flujo. Debe ser instalada en una seccin de tubera entre las bridas para permitir su insercin y remocin. Utilicen se empaquetaduras en las bridas de la boquilla, asegurndose de que no se extiendan dentro de la tubera.

1.3.

Tubo venturi

El Tubo de Venturi fue creado por el fsico e inventor italiano Giovanni Battista Venturi (1.746 1.822). Fue profesor en Mdena y Pava. En Paris y Berna, ciudades donde vivi mucho tiempo, estudi cuestiones tericas relacionadas con el calor, ptica e hidrulica. En este ltimo campo fue que descubri el tubo que lleva su nombre. Segn l este era un dispositivo para medir el gasto de un fluido, es decir, la cantidad de flujo por unidad de tiempo, a partir de una diferencia de presin entre el lugar por donde entra la corriente y el punto, calibrable, de mnima seccin del tubo, en donde su parte ancha final acta como difusor. Ciudad Ojeda; Agosto del 2011

Este dispositivo es utilizado para calcular la velocidad de un fluido, tambin es usado para aumentar la velocidad del fluido y disminuir su presin, ya que mientras mayor sea la velocidad menor ser la presin.

El efecto Venturi se explica por el Principio de Bernoulli y el principio de continuidad de masa. Si el caudal de un fluido es constante pero la seccin disminuye, necesariamente la velocidad aumenta tras atravesar esta seccin. Por el teorema de la conservacin de la energa mecnica, si la energa cintica aumenta, la energa determinada por el valor de la presin disminuye forzosamente.

Este elemento primario de medida se inserta en la tubera como un tramo de la misma, se instala en todo tipo de tuberas mediante bridas de conexin adecuadas. El Venturi tiene una seccin de entrada de dimetro igual al dimetro de conduccin de la tubera a la cual se conecta. La seccin de entrada conduce hacia un cono de convergencia angular fija, terminando en una garganta de un dimetro ms reducido, se fabrica exactamente segn las dimensiones que establece su clculo, la garganta se comunica con un cono de salida o de descarga con divergencia angular fija, cuyo dimetro final es habitualmente igual al de entrada. La seccin de entrada est provista de tomas de presin que acaban en un record anular, cuyo fin es el de uniformar la presin de entrada. Es en este punto donde se conecta a la toma de alta presin del transmisor la conexin de la toma de baja presin se realiza en la garganta mediante un dispositivo similar, la diferencia entre ambas presiones sirve para realizar la Ciudad Ojeda; Agosto del 2011

determinacin del caudal. El tubo Venturi se fabrica con materiales diversos segn la aplicacin de destino, el material ms empleado es acero al carbono, tambin se utiliza el latn, bronce, acero inoxidable, cemento, y revestimientos de elastmeros para paliar los efectos de la corrosin. ventajas con respecto a otros captadores, como son: Menor prdida de carga permanente, que la producida por del diafragma y la tobera de flujo, gracias a los conos de entrada y salida. Medicin de caudales superiores a un 60% a los obtenidos por el diafragma para la misma presin diferencial e igual dimetro de tubera. El Venturi requiere un tramo recto de entrada ms corto que otros elementos primarios. Facilidad para la medicin de flujo de lquidos con slidos en suspensin. El tubo Venturi ofrece

Su diseo consiste en una seccin recta de entrada del mismo dimetro que la tubera, ah se conecta la toma de alta presin, despus contiene una seccin cnica convergente que va disminuyendo poco a poco y transversalmente la corriente del fluido, se aumenta la velocidad al disminuir la presin, el diseo adems consiste de una garganta cilndrica, se coloca ah la toma de baja presin, en esta rea el flujo no aumenta ni disminuye, el tubo venturi termina con un cono divergente de recuperacin, aqu la velocidad disminuye y se recupera la presin, recupera hasta un 98% de presin para una relacin beta del 0.75.

Es importante conocer la relacin que existe entre los distintos dimetros que tiene el tubo, ya que dependiendo de los mismos es que se va a obtener la presin deseada a la entrada y a la salida del mismo para que pueda cumplir la funcin para la cual est construido.


Esta relacin de dimetros y distancias es la base para realizar los clculos para la construccin de un Tubo de Venturi y con los conocimientos del caudal que se desee pasar por l.

Funcionamiento de un tubo de Venturi.

En el Tubo de Venturi el flujo desde la tubera principal en la seccin 1 se hace acelerar a travs de la seccin angosta llamada garganta, donde disminuye la presin del fluido. Despus se expande el flujo a travs de la porcin divergente al mismo dimetro que la tubera principal. En la pared de la tubera en la seccin 1 y en la pared de la garganta, a la cual llamaremos seccin 2, se encuentran ubicados ramificadores de presin. Estos ramificadores de presin se encuentran unidos a los dos lados de un manmetro diferencial de tal forma que la deflexin h es una indicacin de la diferencia de presin p1 p2. Por supuesto, pueden utilizarse otros tipos de medidores de presin diferencial.

Aplicaciones del tubo Venturi En la Industria Automotriz: En el carburador del carro, el uso de ste se pude observar en lo que es la Alimentacin de Combustible. El Efecto Venturi en el carburador consiste en hacer pasar una corriente de aire a gran velocidad, provocada por el descenso del pistn por una cantidad de gasolina que est alimentando por un cuba formndose una masa gaseosa. La riqueza de la gasolina depende del dimetro del surtidor. En el rea de la Limpieza: Este tubo tambin tiene otras aplicaciones como para la limpieza. El aire urbano normal transporta alrededor de 0.0006 granos de materia suspendida por pie cbico (1.37 mg/m3), lo que constituye un lmite prctico para la mayor parte de la limpieza de gases industriales; La cantidad de polvo en el aire normal en las plantas de fabricacin con frecuencia es tan elevada como 0.002 g/pie3 (4.58 mg/m3). La cantidad de polvo en el gas de alto horno, despus de pasar por el primer captador de polvos es del orden de 10 g/pie3 (22.9 g/m3), al igual que el gas crudo caliente de gasgeno. Todas las Ciudad Ojeda; Agosto del 2011

cifras de contenido de polvos se basan en volmenes de aire a 60 F y 1 atm (15.6 C y 101000 N/m2 ). Aparatos de limpieza: La eliminacin de la materia suspendida se realiza mediante lavadores dinmicos de roco. Mtodos de captacin de la energa elica: La captacin de energa elica puede dividirse en dos maneras: Captacin directa: La energa se extrae por medio de superficies directamente en contacto con el viento, por ejemplo, molinos de viento y velas. Captacin indirecta: Interviene en este caso un elemento intermedio para su captacin, por ejemplo la superficie del mar. La captacin indirecta utiliza ya sea mquinas del tipo precedente asociadas a rganos estticos o bien rganos enteramente estticos, o bien un fluido intermediario. Sombrero Venturi: El aire caliente, que sale por el conducto principal, es arrastrado por el aire fro que ingresa por la parte inferior cuando "choca" contra la tubera producindose el efecto de vaco en el extremo del conducto, esta accin logra que este sombrero tenga un alto ndice de efectividad, proporcional a la velocidad del viento funcionando en forma ptima con la ms leve brisa. El Tubo de Venturi es un dispositivo, el cual puede ser utilizado en muchas aplicaciones tecnolgicas y aplicaciones de la vida diaria, en donde conociendo su funcionamiento y su principio de operacin se puede entender de una manera ms clara la forma en que este nos puede ayudar para solventar o solucionar problemas o situaciones con las cuales nos topamos diariamente. Para un Ingeniero es importante tener este tipo de conocimientos previos, ya que como por ejemplo con la ayuda de un Tubo de Venturi se pueden disear equipos para aplicaciones especficas o hacerle mejoras a equipos ya construidos y que estn siendo utilizados por empresas, en donde se desee mejorar su capacidad de trabajo utilizando menos consumo de energa, menos espacio fsico y en general muchos aspectos que le puedan disminuir prdidas o gastos excesivos a la empresa en donde estos sean necesarios. Ciudad Ojeda; Agosto del 2011

1.4.

Tubo pitot

Henri Pitot fue el primero en medir la rapidez del agua en el ro Sena utilizando un aparato de su invencin que ms adelante se adapt a los aviones para medir su rapidez en al aire. El tubo de Pitot como se le llama a su invencin consiste de un tubo con una abertura delantera y otras a los lados. El aire al chocar con el tubo se dispersa formando en la parte central una presin total donde el aire tiene mayor presin que en los costados. El tubo de Pitot es quiz la forma ms antigua de medir la presin diferencial y tambin conocer la velocidad de circulacin de un fluido en una tubera. Consiste en un pequeo tubo con la entrada orientada en contra del sentido de la corriente del fluido. La velocidad del fluido en la entrada del tubo se hace nula, al ser un punto de estancamiento, convirtiendo su energa cintica en energa de presin, lo que da lugar a un aumento de presin dentro del tubo de Pitot.

Los tubos de Pitot son instrumentos sencillos, econmicos y disponibles en un amplio margen de tamaos. Si se utilizan adecuadamente pueden conseguirse precisiones moderadas y, aunque su uso habitual sea para la medida de la velocidad del aire, se usan tambin, con la ayuda de una tcnica de integracin, para indicar el caudal total en grandes conductos y, prcticamente, con cualquier fluido.


Caractersticas: Mide la velocidad en un punto. La escasa cada de presin y bajo precio, siendo por ello una buena eleccin para tuberas de gran dimetro y para gases limpios. Consiste en un tubo de pequeo dimetro que se opone al flujo, con lo que la velocidad en su extremo mojado es nula.

Funcionamiento: El orificio del tubo de Pitot toma la presin total y la conduce a la conexin (a) en la sonda de presin. La presin esttica pura se toma desde una parte lateral y se conduce a la conexin (b). La presin diferencial resultante es una presin dinmica que depende de la velocidad y que es analizada e indicada. Formula: Una vez obtenido la diferencia de presiones, y calculado de la velocidad del fluido segn la frmula que utiliza el tubo de Pitot, es posible a travs de la ecuacin de bernoulli determinar el caudal total que pasa a travs del fluido.

El tubo pitot es sencillo a las variaciones en la distribucin de velocidades en la seccin de las tuberas, de aqu que su empleo es esencial que el flujo sea laminar disponindolo en un tramo recto de la tubera. La mxima exactitud en la medida se consigue efectuando varias medidas en puntos determinados y promediando las races cuadradas de las velocidades medidas. Su presin es baja del orden de 1.5-4%, y se emplea normalmente para la medicin de grandes caudales de fluidos limpios con una baja perdida de carga.


1.5.

Tubo annubar

Es una innovacin del tubo pitot y consta de dos tubos, el de presin total y el de presin esttica. El tubo que mide la presin total esta situado a travs de un dimetro transversal de la tubera y consta de varios orificios de posicin critica determinada por computador, que cubren cada uno la presin total del rea transversal de la tubera. Estos anillos tienen areas iguales. En tuberas de tamao mayor que 1 se dispone en el interior del tubo otro que promedia las presiones obtenidas en los orificios. El flujo que mide la presin esttica se encuentra detrs del de la presin total con su orificio en el centro de la tubera y aguas debajo de la misma. El tubo annubar es de mayor precisin que el tubo pitot, del orden del 1% tiene una baja perdida de carga y se emplea para la medida de pequeos y grandes caudales de lquidos y de gases. 1.6. Tobera

Puede considerarse como una variacin del tubo venturi. La abertura de la tobera es una restriccin elptica. Las tomas de presin se localizan aproximadamente D aguas abajo y 1D aguas arriba, donde D es el dimetro de la tubera. La tobera se utiliza principalmente cuando la turbulencia es alta (Re > 50.000), tal como flujo de vapor a altas temperaturas. La cada de presin que se produce en la tobera es mayor que en el tubo venturi, pero menor que en una placa de orificio.

Fig.3 - tobera Ciudad Ojeda; Agosto del 2011

1.7.

Cua

Reduce la presin del pasaje del fluido de la caera a travs de la insercin d un elemento (en este caso una cua) en el pasaje de fluido. Tiene una especial restriccin con en forma de V que reduce el rea disponible del fluido que se desea medir, provocando una contraccin del mismo y el consecuente aumenta la velocidad.

El incremento de la velocidad resulta del incremento de energa cintica del fluido y de la correspondiente reduccin de su energa potencial. Aguas arriba del elemento de restriccin, el fluido tiene una mayor energa potencial. El caudal volumtrico puede ser calculado directamente de esta medicin diferencial. Generalmente se lo utiliza para poder determinar de fluidos bifsicos. Tiene elevados costos y la medicin no es muy precisa. Tambin se lo puede utilizar para fluidos muy pastosos, abrasivos y erosivos, fluidos con baja conductividad, fluidos viscosos y no Newtonianos.

1.8.

V- cone

Tiene como principio el funcionamiento la medicin de la presin diferencial. Se utiliza para una gran variedad de fluidos. Tiene mejor exactitud y repetibilidad que otros caudalimetros de presin diferencial. Posee un cono (que se encuentra en la parte central de la caera) de dimensiones fabricadas por el fabricante, que le permite actuar como su propio acondicionador de flujo. Este cono produce un descenso de presin que se puede medir mediante un transmisor de presin diferencial. El incremento acondiciona totalmente el fluido y lo homogeniza antes de realizar la medicin.


1.9.

Transmisores de fuelle y de diagrama

La presin diferencial creada por la placa, la tobera o el tubo venturi, puede medirse con un tubo en U de mercurio o bien, transmitirse con los instrumentos llamados convertidores diferenciales. Los transmisores de fuelle contienen dos cmaras para la alta y la baja presin. La lata presin oprime el fuelle correspondiente, arrastrando la palanca de unin, el cable y un eje exterior, cuyo movimiento acta sobre el transductor neumtico o elctrico.

Los transmisores de diagrama se diferencia de la anterior ya que la separacin de la dos cmaras se efecta mediante diagramas, en lugar de fuelles, con lo cual el desplazamiento volumtrico es casi nulo. El cuerpo de estos transmisores suele ser de acero al carbono, acero inoxidable o aluminio, el fuelle o diagrama de acero inoxidable 316 (disponible tambin en monel, hastelloy C, tefln en inoxidable o kel-f en monel) y el liquido de llenado silicona.


Las conexiones entre las tomas del diagrama y el convertidor de presin diferencial deben ser adecuadas al fluido a medir

Conexiones entre el elemento y el transmisor del caudal

Los transmisores citados utilizan, bien un transmisor neumtico de equilibrio de fuerzas, bien un transductor neumtico de equilibrio de fuerzas o bien un transductor de silicio difundido.


Transmisores de caudal de presin diferencial


1.10. Integrados Son del tipo intermitente y cuentan automticamente el producto (caudal instantneo X tiempo)mediante una leva gira a velocidad constante sobre la que se apoya una palanca cuya posicin dependen del caudal instantneo. El tiempo de contacto entre la palanca y la leva, hace actuar un contador mecnico o elctrico. Hay integradores electrnicos intermitentes que disponen de una leva posicionada por la pluma del instrumento en lugar de una palanca. La leva esta situada entre las bobinas de un oscilador y excita un rele electrnico detector cuando entra en el campo de un oscilador. El rele electrnico excita a su vez el contador del instrumento.

Integrados neumticos y electrnicos


2. rea variable 2.1. Los rotmetros Es un medidor de caudal en tuberas de rea variable, de cada de presin constante. El Rotmetro consiste de un flotador (indicador) que se mueve libremente dentro de un tubo vertical ligeramente cnico, con el extremo angosto hacia abajo. El fluido entra por la parte inferior del tubo y hace que el flotador suba hasta que el rea anular entre l y la pared del tubo sea tal, que la cada de presin de este estrechamiento sea lo suficientemente para equilibrar el peso del flotador. El tubo es de vidrio y lleva grabado una escala lineal, sobre la cual la posicin del flotador indica el gasto o caudal. Los rotmetros, flowmeters, del tipo rea variable, son instrumentos diseados para la medicin y control de caudales, gases y lquidos. Fabricamos caudalmetros desde 1 ml/h hasta 1000000 lts/min. La unidad de lectura vendr especificada en la unidad de preferencia del usuario (lts/h, g/min, mtr^3/h, scfh, lbm/min, scfm, etc., etc.), es decir, lectura directa de caudal. Rangos operacionales disponibles: desde 0,5 litros/h de agua (0,01 mtr^3/h de aire), para tuberas de dimetro 1/4" NPT, hasta 100000 litros/h de agua (3000 mtrs^3/h de aire) para tuberas de dimetro 4". Para dimetros de tubera mayores de 3", caudales hasta 10000000 litros/min, se usar el medidor de flujo de tipo rea variable modelo "push botton". El tubo medidor del tipo pyrex, est protegido por una carcasa protectora de acero inoxidable calidad 316. EL flotador medidor se desplaza verticalmente a lo largo de una varilla gua, razn por la cual pueden ser utilizados para medir fluidos de una alta viscosidad. Rotmetros de seguridad con fabricacin especial y a requerimientos especficos estn disponibles. Los materiales usados son: Tubo medidor en vidrio borosilicato tipo pyrex. Conectores y partes internas en acero inoxidable 316. O-rines y empaques en tefln la longitud de la escala medidora se ofrece en variados tamaos: 230 mm, 330 mm, 100 mm, etc. La precisin es del 2% en full escala. Tipo de rotmetros Rotmetros de purga: para caudales muy pequeos.

Rotmetros de vidrios: indicacin directa. Rotmetros armados: no permiten la lectura directa. Rotmetros by-bass: se emplean conectados a las tomas de una placa orificio o diafragma.



3. Velocidad 3.1. Turbinas Un medidor de turbina introduce en la corriente de flujo una restriccin denominada cono de rea o seccin transversal conocida. El medidor de turbina determina la velocidad de flujo a travs de esta restriccin, contando las rotaciones de un rotor de turbina montado en el rea abierta o garganta de la restriccin. Los medidores de turbina tienen un rotor de aspa que puede girar libremente cuando el fluido lo empuja, entonces la velocidad de rotacin de la turbina es proporcional a la velocidad del fluido. Para determinar el nmero de revoluciones de la turbina el medidor consta de un dispositivo captador que genera un impulso elctrico cada vez que un labe de la turbina pasa frente a l. Exactitud 1%Vm El fluido debe ser limpio y poco abrasivo. Sirve para lquidos y gases. Variabilidad del rango 30:1 No se utiliza para control. Genera una cada de presin apreciable, pero menor que la P.O

Para captar la velocidad de la turbina existen dos tipos de convertidores: Reluctancia: La velocidad est determinada por el paso de las palas individuales de la turbina a travs del campo magntico, esta variacin cambia el flujo induciendo una corriente alterna en la bomba captadora. Inductivo: El rotor lleva incorporados un imn permanente y el campo magntico giratorio que se origina produce una corriente alterna en una bobina captadora exterior.

Para estos dos convertidores el rotor de turbina genera la frecuencia la cual es proporcional al caudal, siendo del orden a 250 a 1200 ciclos por segundos para caudal mximo

Curva del medidor de turbinas


Medidor de turbinas

3.2.

Medidores ultrasnicos: tiempo de transito y efecto doppler

Medidores por ultrasonido Los medidores de flujo ultrasnico de tiempo en trnsito son instrumentos cuyo objetivo es la medicin del caudal a travs de la cuantificacin de la velocidad de flujo. Se trata de un medidor indirecto del caudal y puede aplicarse tanto en conductos libres como a presin utilizando diferentes accesorios. Sin embargo, los equipos ultrasnicos se aplican principalmente en conductos bajo presin, aunque existen variantes para ser utilizados en superficie libre. El equipo de los equipos ultrasnicos es sencillo y prctico, debido a que su instalacin es sencilla y se puede aplicar en cualquier punto del sistema hidrulico. Adems, permite medir el flujo sin tener que detener la operacin de la lnea. Las ondas ultrasnicas pueden atravesar sin dificultad las paredes metlicas de tubo y recipientes. Esto quiere decir que el sistema de medicin entero puede montarse por ejemplo en el exterior de un fluido, es decir, es no invasor. Esto es muy importante con fluidos hostiles, o sea, aquellos con propiedades corrosivas, radioactivas, explosivas o inflamables. Tampoco existe la posibilidad de que ocurra obstruccin con fluidos sucios o pastas aguadas. Este tipo de medidor se utiliza principalmente en fluidos limpios ya que es recomendable que el fluido este libre de partculas que pueden producir la Ciudad Ojeda; Agosto del 2011

dispersin de las ondas de sonido. La exactitud de estos medidores esta entre +1% y +5% del flujo. Burbujas de aire o turbulencia en la corriente del fluido, causada por conexiones o accesorios aguas arriba, pueden dispersar las ondas de sonido provocando inexactitud en la medicin. Los medidores acsticos de flujo fueron desarrollados con base en dos principios: El tiempo de trnsito de una seal acstica es mayor en direccin agua arriba que en direccin aguas abajo. Que estos tiempos de trnsito pueden ser medidos con precisin.

Principales ventajas de los medidores ultrasnicos: Son fciles de transportar Su instalacin es rpida y sencilla Se instalan en cualquier tipo de tubera Son equipos de alta precisin, independientemente del perfil de velocidad, magnitud del flujo y temperatura del fluido. Son bidireccionales, capaces de medir el flujo en ambas direcciones. Son no-intrusivos, por lo que los transductores no deben estar en contacto con el flujo. La calibracin de campo generalmente no es necesaria. El equipo no utiliza pares mviles y es muy fcil de utilizar.

Diagramas de bloques de un transductor ultrasnico El medidor de caudal UFM 600T es un medidor de tipo ultrasnico, que se aplica por la cara externa de las tuberas y sin efectuar ninguna intervencin sobre ella, permite la medicin de caudales de fluidos en tuberas llenas, desde 50 hasta 3000 mm de dimetro y con paredes de hasta 40 mm. De espesor. Los materiales de la tubera pueden ser diversos, desde, acero hasta asbesto cemento.


Una de las premisas a tener en cuenta es que el fluido no debe contener pequeas partculas (Comparables a la longitud de onda del ultrasonido) o burbujas de aire que tienden a atenuar fuertemente el ultrasonido. Medidor de ultrasonido por diferencial de tiempo. Este principio es muy simple, y se basa en el diferencial de tiempo que demora en viajar una onda en el fluido, a favor del flujo y en contra del mismo. Una onda snica viajando en la direccin del flujo se propaga ms rpidamente que a contraflujo (VAB >VBA)

Medidor de caudal por ultrasonido Los tiempos de trnsito tAB y tBA son medidos en forma continua. La diferencia de tiempo de viaje de las dos ondas ultrasnicas (tBA-tAB) es proporcional a la Velocidad media del flujo va. El flujo volumtrico por unidad de tiempo es entonces el producto de la velocidad media del flujo vm. Multiplicado por el rea de la seccin de la tubera. Un producto lquido puede ser identificado por su tiempo de trnsito, as por ejemplo el agua tiene tiempos menores que el petrleo. Los conceptos precedentes se pueden resumir en la siguiente tabla TABLA 1 en la direccin del flujo del sensor B al A contra la direccin del flujo del sensor A al B segn la direccin del fluido velocidad media vm Rango de propagacin tAB= c0 + vm x cos vBA= c0 - vm x cos Tiempo de transito tBA= L/c0 + vm x cos vBA= L/c0 - vm x cos

vBA >vBA vm = GK x ((tBA - tAB) / (tAB x tBA))

tAB

Documents

medidores de flujo