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MEDIDORES DE FLUJO

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on 20 May 2014

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Tubo de Pitot
¿Que son?
Son instrumentos que se utilizan para determinar la cantidad de flujo que pasa a través de una tubería. Otros nombres con los cuales suelen llamarse: Flujómetros o medidores de caudal. Existe una gran cantidad de principios con los cuales operan este tipo de instrumentos, su selección está en función de la precisión requerida en las lecturas, así como de su costo y mantenimiento.

En general se clasifican en: diferencial de presión, desplazamiento positivo, por medición de velocidad y por medición de masa. Los medidores de flujo más comunes son los de diferencial de presión los cuales se basan en el cambio de presión debido a una reducción en el diámetro de la tubería.
Importancia
Los fluidos están presentes en la mayoría de los procesos industriales, ya sea porque intervienen en forma directa en el proceso de producción o porque pertenecen a los circuitos secundarios necesarios. Sea cual sea la razón que, los fluidos están ahí y, por tanto, hay que controlarlos, es necesario saber en todo momento cuáles son las principales características de los fluidos, que pueden variar mucho de una aplicación a otra. En el mercado existe una gran variedad de medidores, tanto desde el punto de vista de tamaños y rangos de operación como de principios de funcionamiento. Esto es debido a que se intenta conseguir la máxima precisión para la mayor cantidad de aplicaciones. Las 4 razones principales para utilizar sistemas de medición de flujo son: conteo, evaluación del funcionamiento, la investigación y el control de procesos. Siempre que se transfiera un fluido, existe la necesidad de realizar un conteo de las cantidades involucradas. Como por ejemplo en el área de comercio "flujo de la gasolina" que se mide conforme se bombea hacia el tanque de gasolina del auto; en el área industrial "entrada y salida de materia prima y producto finalizado", entre otras áreas.
placa de orificio
Es uno de los dispositivos de medición más antiguos, fue diseñado para usarse en gases, no obstante se ha aplicado ampliamente y con gran éxito para medir el gasto de agua en tuberías. La ventaja de las placas de orificio a la hora de medir caudales, es su bajo coste, el inconveniente es la falta de precisión. El uso de la placa de orificio en este caso es para crear una pérdida de carga adicional en la red.

Para el cálculo de este medidor se utilizará la norma ISO 5167, que determina la geometría y el método de empleo, es decir, las condiciones de funcionamiento e instalación de las placas de orificio cuando se instala en una tubería. Además, esta norma especifica la información previa para calcular el caudal, siendo aplicable junto con los requisitos dados en la norma ISO 5167-1.
Tubo de Venturi
El Tubo de Venturi es un dispositivo que origina una pérdida de presión al pasar por él un fluido. En esencia, es una tubería corta recta o garganta, entre dos tramos cónicos. La presión varía en la proximidad de la sección estrecha; así, al colocar un manómetro o instrumento registrador en la garganta se puede medir la caída de presión y calcular el caudal instantáneo, o bien, uniéndola a un depósito carburante, se puede introducir este combustible en la corriente principal.
MEDIDORES DE FLUJO
Anemómetro
Medidores de cabeza variable
Rango
Los medidores de flujos se pueden encontrar desde varios mililitros por segundos ( ) los cuales se utilizan para experimentos precisos de laboratorio, hasta varios miles de metros cúbicos por segundo ( ) utilizados para sistemas de irrigación de agua o drenaje de agua.
Exactitud requerida
Por perdida de presión
tipo de indicación
Factores para la selección de medidores de flujo
Tipo de fluido
La función de algunos medidores depende por las propiedades y las condiciones del fluido. Una de las consideraciones básicas es si el fluido es un liquido o un gas, también influyen la viscosidad, la temperatura, la corrosión, la conductividad eléctrica, la claridad óptica, las propiedades de lubricación y la homogeneidad. Los desechos tóxicos y los fluidos multifásicos requieren medidores especiales.
Calibración
Algunos fabricantes proporcionan una calibración en forma de gráfica (flujo real vs indicación de la lectura), otros están equipados para hacer la lectura en forma directa calibradas en las unidades de flujo que se deseen. En el caso del tipo mas básico de medidores tal como los de cabeza variable, se han determinado formas geométricas y dimensiones estándar para las que se encuentran los datos empíricos disponibles, dichos datos relacionan el flujo con una variable de fácil medición.
Cualquier medidor de flujo instalado y manejado adecuadamente, proporciona una exactitud dentro del 5% del flujo real. Gran parte de los medidores que se encuentran en el mercado tienen una exactitud del 2%, y otros dicen tener una exactitud del 0.5%.
Todos los medidores son diferentes y esto se debe a sus detalles en la construcción, lo cual nos proporciona diversas cantidades de perdidas de energía o perdidas de presión conforme el fluido corre a través de las tuberías. Razón por la que existen algunos tipos de medidores los cuales solo establecen una restricción o un dispositivo mecánico en la corriente de flujo. Los medidores miden el flujo de un fluido indirectamente, creando y midiendo una presión diferencial por medio de una obstrucción al flujo. El principio de operación se basa en medir la caída de presión que se produce a través de una restricción que se coloca en la línea de un fluido en movimiento.
Los factores que se toman a consideración en esta parte, va a depender de si se desea la sensibilidad remota o grabación, si va a operar un actuador automático a la salida, si un operador necesita supervisar la salida o si prevalecen condiciones severas del ambiente.
otros factores:
Tamaño del medidor
Sistema de presión
Habilidad del operador
costo
el principio básico en estos medidores es que cuando una corriente de fluido se restringe, su presión disminuye por una cantidad que depende de la velocidad del flujo a través de la restricción.
El caudal a través de un orificio se determina mediante la ecuación:

: es la caída de presión en el orificio.

A: es el área del orificio

g: es la gravedad

: es el coeficiente de descarga (adimensional)

Donde:
Q: es el caudal

: es la caída de presión entre ambos lados de la placa del orificio.
B: es la relación de diámetros (adimensional)
g: es la gravedad
d: es el diámetro del orificio
C: es el coeficiente de descarga (adimensional)

: es el caudal másico

Donde:

El caudal másico puede determinarse utilizando la siguiente ecuación:

k: es la perdida de carga en el orificio y el peso especifico del agua
: es la caída de presión entre ambos lados de la placa del orificio.

: es el caudal volumétrico
C: es el coeficiente de descarga (adimensional)
B: es la relación de diámetros (adimensional)
g: es la gravedad
d: es el diámetro del orificio
Donde:
y teniendo en cuenta que las pérdidas de cargas en el orificio son proporcionales al cuadrado del caudal:
El caudal volumétrico se podría determinar de la siguiente forma:
Es utilizado para la medición del caudal, está constituido por dos tubos que detectan la presión en dos puntos distintos de la tubería. Pueden montarse por separado o agrupados dentro de un alojamiento, formando un dispositivo único. Uno de los tubos mide la presión de impacto en un punto de la vena. El otro mide únicamente la presión estática, generalmente mediante un orificio practicado en la pared de la conducción.Un tubo de pitot mide dos presiones simultáneamente, la presión de impacto (pt) y presión estática(ps). La unidad para medir la presión de impacto es un tubo con el extremo doblado en ángulo recto hacia la dirección del flujo. El extremo del tubo que mide presión estática es cerrado pero tiene una pequeña ranura de un lado. Los tubos se pueden montar separados o en una sola unidad.
rotametro
Este consiste en un flotador cilíndrico, más denso que el fluido, colocado dentro de un tubo cónico vertical con el área menor abajo y el área mayor arriba. Al pasar el flujo de abajo hacia arriba levanta el flotador con lo cual la posición de este será proporcional al flujo.
Estos instrumentos trabajan también utilizando el efecto de una caída de presión en la tubería que se produce por una reducción de área que en este caso será variable. En efecto en estos instrumentos existirá un orificio anular cuya área es variable y una caída de presión relativamente constante, por lo tanto el flujo será proporcional a la apertura anular por la que pasa el fluido.
Es un instrumento que se utiliza para la medición de la velocidad o fuerza del viento.
Si este aparato está fijo en la tierra mide la velocidad del viento reinante; si está puesto en un objeto que se mueve, sirve para estimar la velocidad de movimiento relativo del objeto con respecto al viento en calma.
Este instrumento se utiliza en la agricultura para verificar las condiciones para regar por aspersión los cultivos o quemar rastrojos; en la aviación para planeadores, ala delta, paracaídas, parapente; en ingeniería para la seguridad de una obra, condiciones de trabajo, operación segura de grúas; medición del flujo de aire en calefacción y ventilación de ambientes; en la industria para medir el flujo de aire y control de contaminación; en meteorología, ciencia medioambiental, entre otros.
Tipo de anemómetros:
De empuje: tiene una esfera hueca (tipo Daloz) o una pala (Wild), cuya posición respecto a un punto de suspensión varía con la velocidad del viento.
De rotación o de copelas: está dotado de cazoletas (tipo Robinson) unidas a un eje de giro vertical, o de una hélice con un eje horizontal. La velocidad de giro es proporcional a la velocidad del viento.
De compresión: se basa en el tubo de Pitot (un tubo con forma de L, con un extremo abierto hacia la corriente de aire y el otro conectado a un dispositivo medidor de presión), y está formado por dos pequeños tubos, uno de ellos con orificio frontal (que mide la presión dinámica) y lateral (que mide la presión estática), y el otro sólo con un orificio lateral. La diferencia entre las presiones medidas permite determinar la velocidad del viento.
De hilo caliente: detecta la velocidad del viento mediante pequeñas diferencias de temperatura entre un hilo enfrentado al viento y otro a sotavento.
Sónico o anemómetro de efecto Doppler: detecta el desfase del sonido (anemómetro de ultrasonido) o de la luz coherente (anemómetro laser) reflejados por las moléculas de aire.
vertedero
Es una barrera o presa colocada en el canal para que el fluido se mantenga detrás del vertedero y después caiga a través de una ranura cortada en la cara del vertedero.
La descarga sobre el vertedero depende las dimensiones de la ranura y de la cabeza H del fluido. En la siguiente fig. se muestra que la superficie del fluido esta curvada conforme pasa sobre la cresta del vertedero.
Una aplicación común de los vertedores se presenta en la medición de flujos en canales de irrigación, donde se desea saber la cantidad de agua que se le aplica a cierta área de tierra.
Los tres tipos mas comunes de vertedores son:
1. Rectangulares
2. Triangulares
3. Contraído
La ecuación teórica de descarga sobre un vertedero de ranura rectangular es:
La descarga real es diferente del valor teórico, por lo tanto:
Para los vertederos de ancho completo, se utiliza la siguiente ecuación:
Para los vertederos contraídos, se utiliza la ecuación:
Para los vertederos triangulares, se utiliza la ecuación:
resbaladero
Son contracciones en la corriente que causan que el flujo llegue a su profundidad critica dentro de la estructura. existe una relación definida entre la profundidad y la descarga cuando existe un flujo critico
El resbaladero Parshall es el resbaladero de flujo critico mas utilizado. La descarga depende del ancho de la sección de la garganta L y de la cabeza H, donde H se mide en un lugar especifico a lo largo de la sección convergente el resbaladero
El resbaladero Parshall ofrece importantes ventajas como la pérdida menor de carga, no influyendo la velocidad del agua o fluido a controlar, ya que se aproxima a la estructura. De esta forma, se puede operar en un rango más amplio de fluidos.
Principales ventajas en su uso:
indicador sencillo de nivel.
Ligero y resistente.
Fácil instalación.
Resistente a la corrosión (acero inoxidable).
Se moldea en una sola pieza aportando seguridad.
Normalmente, el material empleado para su fabricación es acero inoxidable AISI-304 o AISI-316.
gracias
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