MEDIDORES DE CAUDAL. CLASIFICACIÓN

Sistema Elemento Transmisor

Medidores de flujoInstrumentación y control

Medidores volumétric

os

Presión diferencial

Placa orificioTobera

Tubo VenturiTubo PitotTubo Annubar

Equilibrio de fuerzasSilicio fundido

Área Variable Rotámetro Equilibrio de movimientosPotenciométrico

Puente de impedanciasVelocidad Vertedero con flotador en

canales abiertosTurbinaSondas ultrasónicas

PotenciométricoPiezoeléctrico

Fuerza Placa de impacto Equilibrio de fuerzasGalgas extensométricas

Tensión inducida Medidor magnético Convertidor potenciométrico

Desplazamiento positivo

Disco giratorioPistón oscilantePistón alternativoMedidor rotativo Cicloidal Birrotor OvalMedidor paredes deformables

Generador tacométrico o transductor de impulsos

Torbellinos Medidor de frecuencia de termistancia, o condensador o ultrasonidos

Transductor de resistencia

Oscilante Válvula oscilante Transductor de impulsos

Medidores de caudal

masa

Térmico Diferencia temperaturas en dos sondas de resistencia

Puente de Wheatstone

Momento Medidor axialMedidor axial de doble turbina

Convertidor de par

Fuerza de Coriolis

Tubo en vibración Convertidor de par

Conectados a un tubo U o a elemento de fuelle o de diafragma

MEDIDORES DE CAUDAL. TABLA COMPARATIVA

Nombre del instrumento Tubo PitotDescripción Es un medidor indirecto de caudal ya que lo hace mediante la

presión diferencial y puede utilizarse tanto en conductos libres como a presión.

Símbolo

Funcionamiento En su extremo inferior, el tubo Pitot cuenta con dos pequeños orificios en forma de gancho que están orientados a 180 grados uno del otro, los cuales se colocan uno a favor del flujo y el otro en contra de él. Estos pequeños orificios cumplen la función de medir por un lado la carga de velocidad sumada a la carga de presión y por otro solamente la carga de presión del flujo en el tubo respectivamente.Después el tubo Pitot está conectado en su parte superior a un manómetro diferencial, el cual nos arroja directamente la

lectura de la carga de velocidad hv=V 2

2 gEs un instrumento destinado a la medición del caudal a través de la cuantificación de la velocidad del flujo utilizando la ecuación de continuidad Q = AV

Partes del instrumento a.- Cruceta de válvulas Pieza metálica fundida acoplada a la varilla del Pitot, cuenta con dos salidas para la instalación de las mangueras y válvulas para la purga de aireb.- Válvulas de purga de aireUtilizadas para purgar el aire del tubo Pitot c.- Válvulas de conexión para las mangueras Su función es aislar hidráulicamente el tubo Pitot de las mangueras d.- Guía de medición Es una pieza movible a lo largo de la varilla, con la función de indicar la posición de las tomas de presión diferencial en el interior de la tuberíae.- Dispositivo fijador de la varilla (Anillo fijador) Dispositivo usado para fijar la varilla del tubo Pitot en una determinada posición, no permitiendo que ella se mueva en la dirección vertical f.- Soporte de la escala graduada para traversa

Pieza destinada a fijar la regla graduada que se utiliza para levantar el perfil de velocidadesg.- Orificios de toma de presión diferencialSon orificios localizados en el extremo inferior del tubo Pitot Simplex, cuya función es generar el diferencial de presión h.- Tapón protector de orificios Pieza acoplada al extremo de la varilla, destinada a proteger los orificios calibrados i.- Varilla Perfil externo de formato aerodinámico, que recubre a los tubos transmisores de presión diferencialj.- Tuerca de conexión o tuerca hexagonal Es la pieza que permite acoplar el tubo Pitot a la válvula de inserción.

Accesorios Manómetro diferencial Máquina de inserción Líquidos manométricos Válvula de acoplamiento Mangueras

Precisión 5 %Ventajas Bajo costo y perdida de presión despreciable, siendo por ello

una buena elección para tuberías de gran diámetro y para gases limpios

Desventajas Miden la velocidad en el punto y las mediciones volumétricas son poco precisas. La máxima exactitud se consigue efectuando varias medidas en puntos determinados y promediando las raíces cuadradas de las velocidades medias.No trabaja bien a velocidades bajas del flujo ni a velocidades muy altas (supersónica).

Aplicación Las aplicaciones de los tubos Pitot están muy limitadas en la industria, dada la facilidad con que se obstruyen por la presencia de cuerpos extraños en el fluido a medir. En general, se utilizan en tuberías de gran diámetro, con fluidos limpios, principalmente gases y vapores.

Nombre del instrumento Tubo AnnubarFunción Es un medidor indirecto de caudal ya que lo hace mediante la

presión diferencial Símbolo

Funcionamiento El tubo exterior presenta cuatro orificios en la cara aguas arriba

de la corriente, que se utilizan para interpolar los perfiles de velocidad y realizar un promedio, y otro orificio en el centro del tubo pero en la cara aguas abajo de la corriente.De los dos tubos que están en su interior, uno sirve para promediar las presiones obtenidas en los cuatro orificios, midiendo la presión total, mientras que el otro tubo, que se encuentra en la parte posterior, mide la presión estática en el orificio central aguas abajo de la corriente.

Partes del instrumento Un tubo exterior, situado a lo largo de un diámetro transversal de la tubería, y dos tubos interiores.

Precisión 1 %Ventajas El tubo Annubar tiene mayor precisión que el tubo de Pitot, así

como una baja pérdida de carga, utilizándose para la medida de pequeños y grandes caudales de fluidos.

Desventajas No es físicamente resistente y solamente puede ser usado con líquidos claros.

Aplicación Dependiendo de los modelos pueden ser para líquidos o gases limpios.

Nombre del instrumento Tubo VenturiDescripción Es el elemento primario del instrumento de flujo colocado en la línea para

medir una presión diferencial relacionada al flujo usando los principios de Bernoulli y Venturi para relacionar la velocidad con la presión de fluido.

Símbolo

Funcionamiento Se inserta en la tubería como si fuera un tramo de la misma. Está caracterizado

por su entrada convergente y salida divergente.La presión interna se mide en su sección de entrada, la cual tiene el mismo diámetro que la tubería. Luego sigue una sección de transición, en el cual el diámetro interno se reduce hasta el diámetro de la sección de la garganta. La presión estática se mide en la sección de la garganta, la cual se dimensiona para producir un diferencial de presión deseado a una determinada tasa de flujo. En la sección de salida del tubo Venturi, el diámetro de la garganta incrementa gradualmente hasta hacerse igual al diámetro de la tubería .

Partes del instrumento Tiene una sección de entrada de diámetro igual al de la conducción a la cual se conecta. La sección de entrada conduce hacia un cono de convergencia angular fija, terminando en una garganta de un diámetro más reducido. Dicha garganta comunica con un cono de salida o de descarga con divergencia angular fija, cuyo diámetro final es habitualmente igual al de entrada.No tiene partes móviles.En el corte transversal se aprecian los anillos circulares que rodean el tubo Venturi en los puntos de medida. Esos anillos huecos conectan el interior del tubo mediante orificios en número de cuatro o más, espaciados uniformemente por la periferia. El fluido al circular, pasa por estos orificios y por el anillo donde se encuentran los racores que conectan al transmisor.

Exactitud 0.75 % VmCalibración El parámetro se establece entre 0.2-0.7 5 siendo el valor más común 0.5

Debido a su forma aerodinámica la pérdida permanente de presión es de alrededor del 15% de la P causada por el instrumento.

Material de fabricación Puede fabricarse en materiales diversos según las necesidades de la aplicación a la se destine. El más empleado es el acero al carbono, aunque también se utiliza latón, bronce, acero inoxidable, cemento, y revestimientos de elastómeros para paliar los efectos de la corrosión.

Ventajas Pérdida de carga permanente poco elevada menor que la del diafragma para la misma presión diferenccial e igual diámetro de tubería.Posibilidad de medir caudales superiores a un 60% a los obtenidos por el diafragma para la misma presión diferencial e igual diámetro de la tuberíaEn general el Venturi requiere un tramo recto de entrada mas corto que otros elementos primarios.Facilidad para la medida de líquidos con sólidos en suspensión.

Desventajas Su costo es elevado.

Aplicación Se utilizan en conducciones de gran diámetro (de 12” en adelante), en conductores de aire o humos con conductos no cilíndricos, para la conducción de agua, en los motores como parte importante de los carburadores, en sistemas de propulsión.

Nombre del instrumento Placa orificioDescripción Es el elemento primario para la medición de flujo más sencillo.Símbolo

Funcionamiento Cuando se coloca en forma concéntrica dentro de una tubería ésta provoca que el flujo se contraiga bruscamente conforme se aproxima al orificio y se expanda nuevamente al diámetro total de la tubería luego de atravesarlo. La corriente que fluye a través del orificio forma una vena contracta y la rápida velocidad del flujo resulta en una disminución de presión aguas abajo del orificio. Los ramificadores antes y después del orificio permiten la medición de la presión diferencial a través del medidor, la cual está relacionada con el caudal volumétrico. Para captar la presión diferencial que origina la placa de orificio, es necesario conectar dos tomas, una en la parte anterior y otra en la parte posterior de la placa. La disposición de las tomas puede ser: en las bridas, en la vena contraída, y en la tubería.

Partes del instrumento Una placa orificio es una placa plana con un orificio. El orificio puede ser concéntrico, excéntrico o segmental.Con el fin de evitar arrastres de sólidos o gases que pueda llevar el fluido, la placa incorpora, normalmente, un pequeño orificio de purga.Entre los diversos perfiles de orificio que se utilizan están los de cantos vivos, de cuarto de círculo y de entrada cónica

Exactitud 2- 3 % VmCalibración El parámetro se establece entre 0.2-0.7 para tuberías entre 2” y 3”.

La pérdida permanente de presión es aproximadamente por Pperm=(1-2) P, y se encuentra entre (0.51-0.96)% de la P causada por el orificio. Estas pérdidas disminuyen a medida que aumenta

Material de fabricación Acero inoxidableVentajas Es económico.

El 50% de los medidores de caudal utilizados en la industria son P.O. Desventajas El coeficiente de descarga puede cambiar con el tiempo debido al desgaste y la

acumulación de suciedad.Se puede obstruir y reducir el diámetro del orificio. Para evitar esto se utilizan orificios excéntricos y segmentalesEs inadecuada en la medición de fluidos con sólidos en suspensión.No conviene su uso en medición de vapores, se necesita perforar la parte inferior.El comportamiento en su uso con fluidos viscosos es errático ya que la placa se calcula para una temperatura y una viscosidad dada.Produce las mayores pérdidas de presión en comparación con otros elementos primarios de medición de flujos.

Aplicación Gases, vapores, fluidos corrosivos y no corrosivos.

Nombre del instrumento

Tobera o boquilla de flujo

Símbolo

Descripción Es un instrumento de medición que permite medir diferencial de presiones cuando la relación de ß, es demasiado alta para la placa orificio, esto es, cuando la velocidad del flujo es mucho mayor y las pérdidas empiezan a hacerse notorias.

Funcionamiento Las toberas son medidores de flujo que consisten en un orificio con una garganta, no tan extensa como la de un venturímetro, pero con una forma más prolongada que la de un orificio sencillo. En general, su caida de presión es mucho mayor que la de un venturímetro pero menor que un medidor de orificio.En general, los cálculos en una tobera son exactamente los mismo que en un venturímetro, salvo que los coeficientes varían, principalmente por la morfología de la garganta, debido a que si es más tendiente a un orificio el coeficiente será menos cercano a 1, que si la garganta es alargada como la de un venturímetro.

Partes del instrumento Orificio de alta presiónOrificio de baja presiónCono de entradaGarganta

Exactitud ±0.95 a ±1-5%Calibración El parámetro se establece entre 0.2-0.7 para tuberías entre 2” y 3”.

Como la contracción es gradual, la pérdida permanente se encuentra entre (0.3-0.8)% de la P causada por el instrumento

Material de fabricación Acero inoxidableVentajas Menor perdida de carga que una placa orificio (La pérdida de la tobera es de 30 a

80%)Resistentes a la abrasión y pueden usarse con fluidos sucios y en suspensión

La capacidad de una tobera es mayor que la de una placa orificio, de manera que puede manejarse un régimen de flujo mucho mayor (hasta 60%) con la misma relación de diámetros y con el mismo diferencial.

Desventajas Costo de 8 a 16 veces que una placa de orificio.Aplicación Para medir flujo de vapor.

Nombre del instrumento

Rotámetro

Descripción Es un medidor de caudal de área variable en los cuales un flotador cambia su posición dentro de un tubo proporcionalmente al flujo del fluido.

Símbolo

Funcionamiento Funcionan sobre la base de mantener una presión diferencial constante,

permitiendo aumentar el área eficaz de flujo con el caudal.El fluido circula en sentido ascendente por el tubo desplazando un flotador que, habitualmente, lleva unas ranuras que dan lugar a que el flotador gire, proporcionándole estabilidad y efecto de centrado necesario. Esta rotación es la que ha dado origen al nombre de rotámetro.Cuando no hay flujo el flotador descansa en la parte baja del tubo, pero al pasar el fluido hace ascender el flotador de su posición de reposo, a fin de mantener la caída de presión a través del flotador en equilibrio con los efectos de empuje hidrostático y gravitatorio que actúan sobre el mismo. Puesto que el peso del flotador sumergido es una constante para un fluido dado, la caída de presión también tiene que permanecer constante. Por consiguiente, cuando el caudal aumenta el flotador ascenderá en el tubo con el fin de proporcionar una sección anular de paso mayor, para que el fluido pueda pasar a través de ella.La altura que alcanza el flotador es así una indicación del caudal que está pasando y, en el caso de tratarse de un tubo transparente, puede graduarse directamente sobre el tubo en unidades de caudal. Cuando las condiciones de trabajo son más severas, el tubo se fabrica de metal.

Partes del instrumento El más utilizado es el que está formado por un tubo cónico de eje vertical y un

flotador y la escala graduada.

Precisión ±2%Material de fabricación Existen modelos en plástico, vidrio, acero inoxidable o aleaciones especialesComo se conecta en el circuito de control

Los transductores eléctricos acoplados a rotámetros pueden ser de varios tipos:

Potenciométrico: consiste en una varilla que sigue magnéticamente el movimiento del flotador dentro de un tubo y que mueve el brazo de un potenciómetro. El sistema presenta la desventaja del envejecimiento y desgaste característicos del potenciómetro.

Puente de impedancias: consiste en un mecanismo de indicación

actuado magnéticamente, un transformador diferencial de núcleo móvil y un convertidor. Al variar el caudal, un imán montado en el flotador o en la varilla de extensión del mismo hace girar un mecanismo magnético de posición formado por una hélice de hierro dispuesta en un cilindro de aluminio. Una leva de forma característica gira con el conjunto y se introduce dentro del arrollamiento activo de un transformador diferencial.

Los transmisores neumáticos: acoplados al rotámetro consisten en una leva que sigue el movimiento del flotador de manera magnética y esta entre 2 toberas neumáticas.(tobera forma parte de transmisor de equilibrio).

Ventajas Se emplean en lugares que requieran indicación localBajo costo y pérdida de presión constanteMiden gases o líquidos (incluso viscosos)

Desventajas Transmisores limitadosPresiones bajasBaja precisión Instalación vertical

Aplicación El rotámetro es para infinidad de aplicaciones, en gases y líquidos, pequeños y grandes caudales, altas o bajas temperaturas y presiones.

Nombre del instrumento

Medidor de caudal térmico

Descripción Los medidores térmicos de caudal usan dos técnicas para la determinación del caudal másico. La primera es la elevación de temperatura que experimenta el fluido en su paso por un cuerpo caliente y la segunda es la pérdida de calor experimentada por un cuerpo caliente inmerso en un fluido. Sea cual sea la técnica que utilicen los caudalímetros térmicos, se basan en la general insensibilidad de los fluidos a la variación de su calor específico en función de la presión y de la temperatura, es decir, el calor específico de los fluidos se puede considerar prácticamente independiente de la presión y de la temperatura

Funcionamiento Los medidores térmicos de caudal se basan comúnmente en el principio físico de la elevación de temperatura del fluido en su paso por un cuerpo caliente (medidor Thomas).Estos medidores constan de una fuente eléctrica de alimentación de precisión que proporciona un calor constante al punto medio del tubo por el cual circula el caudal. En puntos equidistantes de la fuente de calor se encuentran sondas de resistencia para medir la temperatura.Cuando el fluido esta en reposo, la temperatura es idéntica en las dos sondas. Cuando el fluido circula, transporta una cantidad de calor hacia el segundo elemento termistor, y se presenta una diferencia de temperaturas que va aumentando progresivamente entre las dos sondas a medida que aumenta el caudal. Esta diferencia es proporcional a la masa que circula a través del tubo de acuerdo con la ecuación

El sistema está conectado a un puente de Wheatstone que determina la diferencia de temperaturas y la amplifica con una señal de salida de 0 a 5 V c.c. en 1000 ohmios de impedancia.

Características Precisión 1 % de toda la escalaRepetibilidad de +/- 0.2 % de toda la escalaConstante de tiempo de 0.5 a 3 seg.Apto para bajos caudales de gas que van según el modelos de 0 – 10 cm3/min.

Como se conecta en el circuito de control

El sistema está conectado a un dispositivo que determina la diferencia de temperaturas, obteniendo una señal que puede ser utilizada por registradores, indicadores digitales y controladores.

Desventajas Deben ser calibrados para un fluido específico, debido a que el calor especifico varia de acuerdo al tipo de fluido.Es caro, solo se usa para gases y con caudales bajos.

Aplicación El instrumento es adecuado para gases tales como aire, nitrógeno, hidrógeno, oxígeno, helio, amoníaco, argón, monóxido de carbono, anhídrido carbónico, ácido clorhídrico, etano, etileno, metano, fosfórico y otros. También puede emplearse en líquidos pero con caudales muy bajos.

Nombre del instrumento Medidor de momento angularDescripción Los medidores de caudal masa de momento angular se basan en el principio de

conservación del momento angular de los fluidos. Así, si a un fluido se le comunica un momento angular manteniendo constante la velocidad angular, la medición del par producido permite determinar el caudal de masa.

Funcionamiento El medidor axial de una turbina (fig. a) consiste en un rotor radial con canales de paso del fluido, que gira a una velocidad constante por acoplamiento magnético con un motor síncrono, comunicando al fluido un momento angular. Una turbina adyacente al rotor impulsor elimina el momento angular del fluido y recibe un par proporcional al mismo. La turbina está frenada por un resorte y su posición angular es proporcional al par dando la medida del caudal masa.El medidor axial de doble turbina (fig. b) basado en el mismo principiode momento angular, contiene dos turbinas montadas en el mismo eje y enlazadas con un dispositivo de torsión calibrado. Las palas de las turbinas son de ángulos distintos y tienden a girar a velocidades angulares distintas. Pero al estar unidas a través del dispositivo de torsión, se presenta un desfase entre las mismas que es una función del par del sistema. Cada turbina tiene un captador que da un impulso por cada vuelta. El impulso de la turbina anterior abre- un circuito puerta y el de la posterior 10 cierra. Durante el tiempo de apertura se excita un oscilador y el número de oscilaciones indica el desfase angular entre las dos turbinas.El ángulo da el valor del par, el cual a su vez es proporcional a la medida del caudal masa.

Partes del instrumento Constan de dos rotores introducidos en el paso de fluido. El primero de los rotores se hace girar a velocidad constante para imprimir una velocidad angular al fluido, mientras que el segundo permanece fijo. Esto hace que se produzca un par de torsión en el segundo rotor proporcional al caudal en masa

Exactitud Tienen una precisión de ± 1 % del valor leído con un intervalo de medida de caudales entre el valor máximo y el mínimo de 5 a 1.

Material de fabricación Acero inoxidableVentajas En el medidor axial de una turbina

Este sistema de medida es sencillo comparado con otros métodos para obtenerel caudal masa verdadero

Desventajas En el medidor axial de una turbina Es inexacto para caudales bajos, sólo puede medir caudales en un solo sentido y es incapaz de medir variaciones rápidas en el caudal

Nombre del instrumento

Medidor de Coriolis

Descripción La medición de caudal por el efecto Coriolis, también conocido como medición directa o dinámica, da una señal directamente proporcional al caudal másico y casi independiente de las propiedades del producto como conductividad, presión, viscosidad o temperatura.

Funcionamiento El flujo atraviesa dos tubos en forma de U, estando sometido a una velocidad

lineal “v” y una velocidad angular “w” de rotación alrededor de O-O’, por lo que sufre una aceleración de Coriolis de valor a= 2w^v.La fuerza ejercida sobre el fluido como consecuencia de la aceleración cambia de signo con “v”, por lo que se genera un par de fuerzas que produce una torsión de los tubos alrededor de eje RR’.La torsión alrededor de eje R-R’ produce un desfase de tiempo Dt, entre las corrientes inducidas por los detectores electromagnéticos, que es proporcional al par de fuerzas ejercido sobre los tubos, y por tanto a la masa que circula por ellos.

Partes del instrumento Tres bobinas electromagnéticas forman el sensor:La bobina impulsora hace vibrar los dos tubos, sometiéndolos a un movimiento oscilatorio de rotación alrededor del eje OO’.Vibran a la frecuencia de resonancia (menos energía ), 600 – 2000 Hz.

Precisión Alta precisión (0.2 – 0.5%)Material de fabricación Acero inoxidableVentajas Bajo nivel de incertidumbre en la medición de masa

La medición es altamente independiente de la temperatura, densidad o presión del fluido, sólo depende de la masa Principalmente aplicable para líquidos, en un amplio rango, independientemente de la viscosidadBaja caída de presión en el flujo.Capaz de medir caudal másico en ambas direcciones.

Desventajas Costo bastante altoEs importante la limpieza de los tubos oscilantes en forma periódica.Es mayor en tamaño que otros caudalímetros

Aplicación Se aplica a fluidos viscosos, sucios, corrosivos con temperatura extrema alta o baja, y con altas presiones.

Nombre VERTEDEROS TRIANGULARES

Partes del instrumento

Funcionamiento El vertedero triangular que es un método de aforo de pequeños gastos. Tendrá el inconveniente de la mucha carga o desnivel de aguas abajo inferior al umbral, hecho que en foros muchas veces no se puede obtener;Por esa razón se le ha estudiado escurriendo en forma que el nivel de aguas abajo sea superior al umbral, o sea, parcialmente ahogado.Las velocidades varían con la raíz de la altura en la parte libre de la nada y quedarían constantes en la parte inferior al nivel de aguas abajo.Se ha experimentado esta expresión en los vertederos de 90° , 60° y 45°, con las alturas de barrera a° variable de 0.40m a 0.La relación es experimentalmente valida no solo para cualquier ángulo, como requiere la teoría, sino que además vale para cualquier altura de barrera en los vertederos triangulares experimentados.

Rango de funcionamiento

Es capaza de medir caudales dentro del intervalo de 0-30 m3/h a 0-2300 m3/h

Tipo de señal que emite

Para medir caudales muy pequeños, se obtiene mejor precisión utilizando vertederos de pared delgada de sección triangular. El caudal sobre un vertedero triangular es dado por la fórmula:

Donde: β = ángulo del vértice del triángulo

= aproximadamente a 0.58 variando ligeramente con la carga y el ángulo de la abertura.

Como se enlaza en un circuito

Ventajas Tienen poca influencia la elevación de la cresta y el ancho del canal de aducción sobre el coeficiente de descarga,

Cd, debido a la relativa pequeñez de la escotadura, además de que la altura de la cresta hace poco sensible la

influencia de la velocidad de aproximación, Vo.

Para 2 = 90º, el caudal no varía con la altura de la cresta, aunque el fondo esté muy cerca del vértice del

triángulo, y el ancho del canal empieza a influir solamente para B < 6h. En vertederos de 45º esta influencia sólo

es advertible cuando B < 4h.

Desventajas Los vertederos triangulares son muy sensibles a cualquier cambio en la rugosidad de la placa

Aplicación El vertedero triangular es preferido cuando las descargas son pequeñas, porque la sección transversal de la lámina vertiente muestra de manera notoria la variación en altura.

La relación entre la descarga y la altura sobre la cresta del vertedero, puede obtenerse matemáticamente haciendo las siguientes suposiciones del comportamiento del flujo

Símbolo

Nombre VERTEDEROS PARSHALL O VENTURI

Partes del instrumento El a f o r a d o r P a r s h a l l es u n a e s t r u c t u r a hidráulica que permite medirla

cantidad de agua que pasa por una sección de un canal. Consta de cuatro partes principales: i l Transición de entrada. ii) Sección convergente iii) Garganta. iv) Sección divergente. En la transición de entrada, el piso se eleva sobre el fondo original del canal, con una pendiente suave y las paredes se van cerrando, ya sea en línea recta o circular. En la sección convergente, el fondo es horizontal y el ancho va disminuyendo. En la garganta el pico vuelve a bajar para terminar con otra pendiente ascendente en la sección divergente. En cualquier parte del aforador, desde el inicio de la transición de entrada hasta la salida, el aforador tiene una sección rectangular.

Funcionamiento

Rango de funcionamiento

Tipo de señal que emite

Nivel

Como se enlaza en un circuito

Consiste en paredes verticales y con el suelo inclinado en la estrangulación, puede ser de caudal libre cuando la elevación el agua después del estrangulamiento es lo suficientemente baja para impedir que el agua que se

descarga retorne hacia atrás y no siga el perfil del elemento y de caudal sumergido, cuando el agua esta a demasiada altura después de la estrangulación y vuelve hacia atrás.

Ventajas y desventajas

a) O p e r a c o n p e r d i d a s de c a r g a relativamente bajas.

b) Para un gasto dado, la pérdida de carga es 75% más pequeña q u e para otros

medidores, bajo las mismas condiciones de descarga libre.

c) E l a f o r a d o r e s p o c o s e n s i b l e a la velocidad de llegada.

d) S e l o g r a n b u e n a s me d i c i o n e s sin sumergencia, o i n c l u s i v e, c o n

sumergencia moderada.

e) Apropiadamente construido mantiene una precisión de 2% para descarga libre, y I 5 %

b a j o c o n d i c i o n e s de sumergencia considerable.

f) La velocidad del flujo en el interior del aforador es lo suficientemente alta para evitar el

azolve.

g)Es difícil alterar la medición

Desventajas S u p r i n c i p a l d e s v e n t a j a e s que d e b e construirse de acuerdo a medidas estándar, lo que dificulta y encarece su construcción. Además, no puede combinarse con estructuras de derivación o control

Aplicación Se emplea normalmente en aquellas aplicaciones en las que un vertedero normal no es siempre adecuado tal como ocurre cuando el liquido transporta sólidos o sedimentos en cantidades excesivas o bien cuando existe altura de presión suficiente

Símbolo

NOMBRE: TURBINAS

APLICACIONES:Medidores para gas y para líquido, para la medida de caudales de líquidos limpios o filtrados

VENTAJAS:Su precisión es muy elevada

Son pequeños y ligeros

DESVENTAJAS:Está limitada por la viscosidad del fluidoEn las paredes el fluido se mueve más lentamente que en el centro

Puede provocar perdidas de presión en el sistema debido a su deterioro.

CARACTERISTICAS:

Se basan en el movimiento de una rueda de paletas que se inserta en la tubería, de forma que cada giro de la rueda implica un volumen de agua determinado que se va acumulando en un medidor. Los medidores de turbina más usados son los denominados Woltman, que son bastante precisos. Suelen fabricarse para medir el volumen en tuberías con diámetros entre 50 y 300 milímetros y producen una pérdida de carga o diferencia de presión entre entrada y la salida del contador entre 0,1 y 0,3 kg/cm2.Consta de una longitud de tubería en el centro de la cual hay un rotor de paletas múltiple, montado sobre cojinetes, para que pueda girar con facilidad, y soportado aguas arriba y aguas abajo por un dispositivo de centrado tipo cruceta que, habitualmente, incorpora un enderezador de la vena fluida.

ESQUEMA:

NOMBRE: MEDIDOR DE PLACA

APLICACIONES:En las industrias como dispositivos de presión diferencial

VENTAJAS: Su sencillez de construcción. Su funcionamiento se comprende con facilidad. No son caros, particularmente si se instalan en grandes tuberías y se comparan con

otros medidores.

Pueden utilizarse para la mayoría de los fluidos, y Hay abundantes publicaciones sobre sus diferentes usos.

DESVENTAJAS: La amplitud del campo de medida es menor que para la mayoría de los otros tipos de medidores. Pueden producir pérdidas de carga significativas. La señal de salida no es lineal con el caudal. Deben respetarse unos tramos rectos de tubería aguas arriba y aguas abajo del medidor que,

según el trazado de la tubería y los accesorios existentes, pueden ser grandes. Pueden producirse efectos de envejecimiento, es decir, acumulación de depósitos o la erosión

de las aristas vivas. La precisión suele ser menor que la de medidores más modernos, especialmente si, como es

habitual, el medidor se entrega sin calibrar.

CARACTERISTICAS:

El principio de funcionamiento del medidor de placa de resistencia al avance de la corriente consiste en que una placa generalmente circular se mantiene en el centro de la tubería por medio de una barra normal al flujo. Teniendo en cuenta que la aceleración del fluido en el espacio anular entre la placa y la tubería crea una presión reducida sobre la cara aguas abajo de la placa, la fuerza ejercida por el fluido sobre la placa será la diferencia entre las presiones sobre las superficies aguas arriba y aguas abajo de la placa, la cual tiende a mover la placa en la dirección del flujo, el movimiento es detectado por un elemento secundario, es decir, un transmisor neumático de equilibrio de fuerza, situado al final de la barra soporte, el que a través de formulas determina la velocidad a la cual circula el fluido y por ende el caudal que fluye por el sistema de acuerdo a las ecuaciones de bernoulli.

ESQUEMA:

NOMBRE: MEDIDOR MAGNETICO

APLICACIONES:El principio de operación del Flujometro magnético está basado en la ley de inducción electro-magnética.

VENTAJAS:Carencia de partes mecánicas. Implica bajos costos de mantenimiento

DESVENTAJAS:Son indicadores sensiblesEl conductor es líquido por lo que presenta variaciones de volumen.

CARACTERISTICAS:

Se basa en la aplicación de la ley de Faraday, por la cual la tensión inducida a través de cualquier conductor, en nuestro caso el fluido, al moverse perpendicularmente a través de un campo magnético, es proporcional a la velocidad del conductor. Así midiendo la tensión generada en el líquido deducimos el caudal de paso.

ESQUEMA:

Nombre: MEDIDOR DE DISCO OSCILANTEPartes del Instrumento: Dispone de una cámara circular con un disco

plano móvil dotado de una ranura en la que

está intercalada una placa fija.Como funciona: Esta placa separa la entrada de la salida e

impide el giro del disco durante el paso del fluido. La cara baja del disco está siempre en contacto con la parte inferior de la cámara en el lado opuesto. De este modo la cámara está dividida en compartimientos separados de volumen conocido.Cuando pasa el fluido, el disco toma un movimiento parecido al de un trompo caído de modo que cada punto de su circunferencia exterior sube y baja alternativamente estableciendo contacto con las paredes de la cámara desde su parte inferior a la superior. Este movimiento de balanceo se transmite mediante el eje del disco a un tren de engranajes. El par disponible es pequeño, lo que pone un límite en la utilización de accesorios mecánicos.

Condiciones de Funcionamiento:

Se utiliza industrialmente en la medición de caudales de agua fría, agua caliente, aceite y líquidos alimenticios. La precisión es de ± 1-2 %. El caudal máximo es de 600 l/min y se fabrica para pequeños tamaños de tubería.

Ventajas: Muy difundido y comprobado.Muy económico.Simple y de bajo mantenimiento.

Desventajas: Es el de menor precisión de los instrumentos de desplazamiento positivo.No se fabrica para tuberías de gran tamaño.El par disponible para el accionamiento de accesorios mecánicos es muy limitado.

Símbolo:

Aplicación: Limitados a su uso con productos refinados del petróleo, para líquidos de baja viscosidad

Nombre: MEDIDOR DE PISTÓN OSCILANTEFunción: Indican el movimiento del pistón desde

que entra el líquido en la cámara hasta que ha sido medido y descargado.

Partes del Instrumento:

Se compone de una cámara de medida cilíndrica con una placa divisora que separa los orificios de entrada y de salida.

Como funciona: Un pistón cilíndrico que oscila suavemente en un movimiento circular entre las dos caras planas de la cámara, y que está provisto de una ranura que desliza en la placa divisora fija que hace de guía del movimiento oscilante. El eje del pistón al girar, transmite su movimiento a un tren de engranajes y a un contador. El par disponible es elevado de modo que el instrumento puede accionar los accesorios mecánicos que sean necesarios.

Condiciones de Funcionamiento:

La precisión normal es de ± 1 % pudiéndose llegar a ± 0,2 % con pistón metálico y ± 0,5 % con pistón sintético, dentro de un margen de caudal de 5 : 1.Se fabrican para tamaños de tubería hasta 2" con caudales máximos de 600 l/min.

Símbolo:

Aplicación:Los medidores de tipo pistón se utilizan, habitualmente, para medidas precisas de pequeños caudales, siendo una de sus aplicaciones en unidades de bombeo de distribución de petróleo. Los medidores de paletas deslizantes se usan para medir líquidos de elevado coste, siendo instalados, generalmente, en camiones cisternas para la distribución de combustible para la calefacción. Los medidores de engranaje.

Nombre: MEDIDOR DE PISTÓN ALTERNATIVOPartes del Instrumento: Se fabrica en muchas formas: de varios

pistones, pistones de doble acción, válvulas rotativas, válvulas deslizantes horizontales.

Como Funciona: El medidor de pistón convencional 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. El instrumento se fabrica en muchas formas: de varios pistones, pistones de doble acción, que son los que el líquido se encuentra en ambas caras del pistón, válvulas rotativas, válvulas deslizantes horizontales, etc. Algunos caudalímetros, en lugar de tener válvulas, poseen lumbreras por donde entra y sale el líquido del cilindro, en este caso, es el pistón quien se encarga de abrirlas o cerrarlas con su cara lateral.Los pistones se unen mecánicamente a un cigüeñal por medio de una biela, para transformar el movimiento alternativo de los pistones en movimiento circular. En el cigüeñal van ubicados uno o varios pequeños imanes que giran con él. Muy cerca de los imanes se coloca un transductor magnético, similar a los que poseen los medidores de turbina. Cuando un imán pasa frente al transductor, éste envía un pulso eléctrico como señal de salida. El cálculo del caudal se realiza mediante el conteo de los pulsos del transductor en un intervalo de tiempo determinado.La precisión de este instrumento es muy elevada, del orden de ±0,2%. Su capacidad es pequeña comparada con los tamaños de otros medidores. Su costo inicial es alto y son difíciles de reparar.

Condiciones de Funcionamiento:

Precisión: +/- 0.5 %Caudal: 4-250 l/min

Ventajas: Estos instrumentos se han empleado mucho en la industria petroquímica y pueden alcanzar una precisión del orden de -+- 0,2 %.

Desventajas: Su capacidad es pequeña comparada con los tamaños de otros medidores.Su costo inicial es alto, dan una pérdida de carga alta y son difíciles de reparar.

Símbolo:

Nombre: MEDIDOR ROTATIVO (BIRROTOR)Función: Diseñado para medir el flujo total de

productos líquidos que pasa a través del mismo por medio de una unidad de medición que separa el flujo en segmentos separándolo momentáneamente del caudal que pasa a través del medidor.

Partes del Instrumento: Este tipo de instrumento tiene válvulas rotativas que giran excéntricamente rozando con las paredes de una cámara circular y transportan el líquido en forma incremental de la entrada a la salida.

Como Funciona: Consiste en dos rotores sin contacto mecánico entre sí que giran como únicos elementos móviles en la cámara de medida. La relación de giro mutuo se mantiene gracias a un conjunto de engranajes helicoidales totalmente cerrado y sin contacto con el líquido. Los rotores están equilibrados estática y dinámicamente y se apoyan en rodamientos de bolas de acero inoxidable.

Condiciones de Funcionamiento:

El instrumento puede trabajar con bajas presiones diferenciales del orden de 1" c. de a.Precisión: +/- 0.2 %Caudal máximo: [0-65000] l/minDiámetro Tubería: 3 “- 12 ”

Ventajas: Al no existir contacto mecánico entre los rotores, la vida útil es larga y el mantenimiento es fácil.Son reversibles, admiten sobrevelocidades esporádicas sin recibir daño alguno, no requieren filtros, admiten el paso de partículas extrañas y permiten desmontar fácilmente la unidad de medida sin necesidad de desmontar el conjunto completo.

Símbolo:

Nombre: MEDIDOR DE PAREDES DEFORMABLESPartes del Instrumento:

Está formado por una envoltura a presión con orificios de entrada y salida que contiene el grupo medidor formado por cuatro cámaras de medición.

Como Funciona: En la posición 1, el gas que entra a través del orificio E, pasa por A empujando la membrana hacia la derecha y extrayendo el gas que pasa por B hacia S. A continuación, la membrana derecha se desplaza hacia la izquierda, entrando gas por D y saliendo por C (posición 2).En la posición 3, el gas entra por el compartimento de la izquierda por B desplazando la membrana a la izquierda y sale por A. En la posición 4, el gas entra en el compartimento de la derecha por C y sale por D.

Condiciones de Funcionamiento:

Su precisión es del orden del ± 0,3 %.

Símbolo:

Nombre: MEDIDOR TIPO TORBELLINOFunción: Se basa en la determinación de la frecuencia del

torbellino producido por una hélice estática situada dentro de la tubería a cuyo través pasa el

fluido (líquido o gas).Partes del Instrumento: Hélice estática, elemento de cristal piezoeléctrico

o de termistancia o de condensador o de ultrasonidos,

Como funciona: La detección de la frecuencia se logra con sensores de presión de cristales piezoeléctricos que detectan los picos de presión en el lado contrario del torbellino, o con una termistancia de muy baja inercia térmica que sigue los efectos de refrigeración del torbellino generado en el gas, o bien mediante un condensador de capacidad variable, función de la deformación de un diafragma (placa) ante las ondas de presión del torbellino o bien mediante la aplicación de un haz de ultrasonidos perpendicularmente al torbellino, midiendo el tiempo de tránsito del haz desde el transmisor al receptor.

Condiciones de Funcionamiento:

La frecuencia del torbellino es proporcional a la velocidad del fluido de acuerdo con la expresión conocida como número de Strouhal:

El número de Strouhal es constante para números de Reynolds comprendidos entre 10 000 Y 1 000 000 y d es mantenido constante por el fabricante del medidor.

Ventajas: Adecuados para gases, vapores y líquidos.Amplia capacidad de rango de flujo (50:1).Mantenimiento mínimo.Buena exactitud y repetibilidad.

Desventajas: Ocasiona una pérdida permanente de presión.No sirve para fluidos viscosos sucios.Limitaciones de tamaño de tubería (<> 10000).La precisión del instrumento es de ± 0,2 % del caudal instantáneo, por lo cual el error en tanto por ciento de la escala se hace mayor cuanto más bajo es el caudal.

Tipo de Señal: La detección de la frecuencia se puede lograr de varias formas:• Con sensores que detectan los picos de presión en el lado contrario del torbellino;• con una termistancia de muy baja inercia térmica que sigue los efectos de refrigeración del torbellino generado por el gas;• Mediante un condensador de capacidad variable, función de la deformación de un diafragma (placa) ante las ondas de presión del torbellino;• A través de la aplicación de un haz de

ultrasonidos perpendicularmente al torbellino, midiendo el tiempo de transito del haz desde el transmisor al receptor.

Aplicación: Los transductores de torbellino son adecuados en la medida de caudales de gases y de líquidos y su intervalo de medida entre el valor máximo y el mínimo es de 50 a 1.Deben instalarse en tubería recta con longitudes mínimas de 10 diámetros aguas arriba y de 5 diámetros aguas abajo.

Nombre: MEDIDOR TIPO VORTEXFunción: Consiste en una obstrucción que se coloca

en el paso del fluido.Partes del Instrumento: Vórtices desfasados 180°Como Funciona: La velocidad del fluido es directamente

proporcional a la frecuencia de producción de remolinos.Los vórtices causan presiones diferenciales alternativas alrededor de la parte posterior de la barra. Se mide esta frecuencia con un sensor determinando la velocidad y con ésta el caudal. El de los vórtices es independiente de las características del fluido.

Condiciones de Funcionamiento:

Se producen remolinos que se desprenden siguiendo la ecuación de Van Karma:

Ventajas: Elevada Rangeability.Requiere tramos de cañerías rectos aguas arriba y aguas abajo de la medición.Se utiliza para la medición en gases, vapores y líquidos. Deben ser fluidos limpios, de baja viscosidad, sin remolinos y con velocidades medias altas.Tiene poca pérdida de carga permanente.No posee partes móviles.La construcción soldada del medidor elimina fugas.

Desventajas: No se recomienda para operaciones batch muy cortas.Comienza a ser costoso en líneas grandes.Error para gases 1 – 1.5 % aprox.Error para líquidos 0.65 – 1.5 % aprox.

Símbolo:Tipo de Señal: Capaz de enviar de manera simultánea señal

analógica (por ejemplo: flujo instantáneo) y digital (por ejemplo: flujo másico)Todos los tamaños son con conexión tipo wafer (entre bridas) y comparten el mismo tamaño cara a cara.

Aplicación: Medición del flujo de vapor en tuberías y procesosMedición de la proporción de recuperación de condensadoMedición de la cantidad de agua de alimentación a la calderaNo se utilice para fluidos tóxicos, flamables o peligrosos.

ACCESORIOSTRANSDUCTOR DE IMPULSOS POR SENSOR MAGNÉTICO.Utiliza un rotor con unos pequeños imanes embebidos en él y un captador magnético situado en el exterior de la caja del rotor. Al girar el rotor los pequeños imanes que contiene cortan el flujo del captador generando un tren de ondas senoidales de impulsos que es amplificado y acondicionado

obteniéndose así impulsos de ondas cuadradas aptos para circuitos convertidores o integradores.

TRANSDUCTOR DE IMPULSOS POR DISCO RANURADO.

Cuyo principio de funcionamiento es el siguiente: el bobinado primario L1 genera continuamente una onda de alta frecuencia de 1 MHz. Al girar el disco ranurado por la acción del medidor de caudal interrumpe el flujo magnético de la bobina Ll y como resultado se forma otra onda en el arrollamiento

secundario L 2• Esta onda es

rectificada en el detector y enviada al

acondicionador donde se obtiene una onda de salida cuadrada proporcional al régimen de caudal.

GENERADOR TACOMÉTRICO.Genera una señal en c.c. de 0-100 Mv proporcional al caudal. En su forma más sencilla consiste en un generador de c.c. con estator de imán permanente y rotor bobinado. La precisión es bastante elevada, del orden de 0,01 % para velocidades medias.

TRANSDUCTOR DE IMPULSOS FOTOELÉCTRICO. Genera una onda cuadrada que varía de O a 10 V. Consiste en una lámpara de filamento, un disco con sectores alternativamente opacos y translúcidos y una fotocélula. La variación en la intensidad de la luz que se produce en la fotocélula cambia la resistencia en la tensión de salida produciendo impulsos a cada paso de zonas de opaca a translúcidas del disco. Estos impulsos son amplificados e integrados.