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MEDIDORES DE FLUJO

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by

Claudia Sachica

on 22 March 2014

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Transcript of MEDIDORES DE FLUJO

RICHARD MANUEL BARRIOS MEJIA
JENNIFER MARCELA CASTILLO ROBLES
JAVIER GUERRERO ARRIETA
CLAUDIA VIVIANA SÁCHICA AVILA

RAZON DE LA MEDICIÓN DE FLUJO
INSTRUMENTOS
INTRODUCCIÓN
El flujo puede ser mostrado en diferentes formas, usando variedad de unidades. Un buen entendimiento de la razón, significado y asunciones es muy importante. Si el flujo se entiende bien, la información de un flujómetro particular se puede evaluar correctamente. Además, te ayudaría para una buena selección del flujómetro adecuado para una aplicación dada.
TIPOS DE MEDIDORES DE FLUJO VOLUMÉTRICO
MEDIDORES DE CABEZA VARIABLE
Tubo de Venturi
Placa de Orificio
Tubo Pitot
Boquilla o Tobera de flujo
MEDIDORES DE AREA VARIABLE
Rotámetro
Fluxómetro de Turbina
Fluxómetro de Vórtice
Fluxómetro de Velocidad
Fluxómetro Electromagnético
Fluxómetro de Ultrasonido

MEDIDORES DE FLUJO
MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCIÓN BRINDADA
MEDIDORES DE AREA VARIABLE
Los medidores de caudal por área variable utilizan la relación entre la energía cinética y la energía debida a la presión.

En estos instrumentos el área de la restricción cambia al mismo tiempo que el caudal, permaneciendo constante la presión diferencial.
MEDIDORES DE FLUJO MASICO
Es una necesidad el tener un control del nivel de masa o cantidad de masa del fluido con el que estamos trabajando. Los medidores de masa son usados para líquidos de densidad variable, líquidos multifase o gases que requieren una directa medición del nivel de masa.
En la actualidad sus aplicaciones han llegado a muchos procesos como lo son, la producción del gas natural, refinerías, químicas manufactureras, laboratorios científicos

¿Que es la medición de fluidos?
Acción de medir la velocidad, el flujo volumétrico o el flujo másico de cualquier líquido o gas.

La medición de flujo está relacionada con la razón de flujo y con el flujo total de gases y líquidos. También puede ser descrito para el movimiento de sólidos; sin embargo, la razón de flujo de sólidos y el flujo total de sólidos no es común y la inmensa mayoría de las industrias manejan flujos de gases y líquidos.

La medición de un flujo esta dada por 4 razones:


Se refiere principalmente al uso de sistemas de instrumentación que nos permiten asegurar que la cantidad de un producto transferido entre dos o más partes sea la exigida por el contrato entre dichas partes, recibiendo exactamente la mercancía por la que se ha pagado.

TRANSFERENCIA CUSTODIADA

Hace referencia a los sistemas utilizados para mantener la cantidad de producto conducido por una tubería.
CONTROL DE INVENTARIO

Se refiere a los sistemas que nos permiten ubicar daños en la tubería que causen filtraciones.
DETECCIÓN DE FILTRACIÓN
Hace referencia a que tan eficiente es el proceso utilizado.
CONTROL DEL PROCESO
UNIDADES DE LA MEDICIÓN DE FLUJO
RAZÓN DEL FLUJO:
a) Unidades de razón de flujo volumétrico (qv).&
SI  Gases: m 3/hr Líquidos: l/min.
IP Gases: ft 3/hr Líquidos: USG/min
b) Unidades de razón de flujo másico (qm)
SI Gases: Kg/s Líquidos: Kg/min
IP Gases: 1b./s Líquidos: 1b./min
FLUJO TOTAL:
a) Unidades de volumen (V)
SI Gases: m 3
Líquidos: litros
IP Gases: ft 3
Líquidos: USG
b) Unidades de masa (m)
SI Gases &Líquidos: Kg
IP Gases & Líquidos: 1b.

MEDIDORES DE CABEZA VARIABLE
El principio básico de estos medidores es que cuando una corriente de fluido se restringe, su presión disminuye por una cantidad que depende de la velocidad de flujo a través de la restricción, por lo tanto la diferencia depresión entre los puntos antes y después de la restricción puede utilizarse para indicar la velocidad del flujo.

TUBO DE VENTURI
La restricción es creada por un estrangulamiento cónico largo en la pared de la tubería. Todos estos diseños pueden ser suministrados con diferentes diámetros de reducción, así que la perdida de la presión y la diferencia de presión generada puede ser optimizada para las condiciones del proceso.

Se utiliza la ecuación de Bernoulli para medir la velocidad o el caudal en una tubería. Si combinamos las ecuaciones de continuidad (V1A1=V2A2) y la de Bernoulli para encontrar la velocidad en la garganta.
BERNOULLI APLICADO A VENTURI
Cuando una placa se coloca en forma concéntrica dentro de una tubería, esta provoca que el flujo se contraiga de repente conforme se aproxima al orificio y después se expande de repente al diámetro total de la tubería. La corriente que fluye a través del orificio forma una vena contracta y la rápida velocidad del flujo resulta en una disminución de presión hacia abajo desde el orificio

PLACA DE ORIFICIO
LA CONCÉNTRICA:
Sirve para líquidos
LA EXCÉNTRICA:
Para los gases
LA SEGMENTADA:
Cuando los fluidos contienen un alto porcentaje de gases disueltos.
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 segméntales.
VENTAJAS:

Es económico.
El 50% de los medidores de caudal utilizados en la industria son P.O
TUBO PITOT
Es en forma de una varilla que es insertado en la tubería perpendicular a la dirección de flujo, dos tubos separados conectan estos agujeros a un sensor de presión diferencial , que consisten en dos cámaras de presión separadas por un diafragma.
Si hay una fuerte interferencia en los perfiles de flujo, es recomendable poner un segundo tubo de pitot, rotado a 90º.
Es una contracción gradual de la corriente de flujo seguida de una sección cilíndrica recta y corta.
Debido a la contracción pareja y gradual, existe una pérdida muy pequeña

TOBERA DE FLUJO
ROTAMETRO
Son instrumentos utilizados para medir caudal instantáneo, tanto de líquidos como de gases.
Constan de un tubo de medición, generalmente de vidrio, de baja conicidad, en cuyo interior se encuentra un elemento sensible al caudal que circula por el tubo, el cual se denomina “flotante”.
Bajo la acción de la corriente de líquido o gas el flotante se desplaza verticalmente, e indica sobre una escala graduada directamente el caudal circulante.
Basado en la Ley de Faraday.
Formado por un tubo, revestido interiormente con material aislante. Sobre dos puntos diametralmente opuestos de la superficie interna se colocan dos electrodos metálicos, entre los cuales se genera la señal eléctrica de medida. En la parte externa se colocan los dispositivos para generar el campo magnético, y todo se recubre de una protección externa, con diversos grados de seguridad.

ELECTROMAGNÉTICO
Si un liquido conductor atraviesa un tubo de diámetro (D) con una densidad de campo magnético (B) generada por las bobinas, la cantidad de voltaje € desarrollada a través de los electrodos será proporcional a velocidad (V) del liquido.

La tensión E, que aparece en los electrodos: E=K*B*D*V
Y el caudal estará dado por:
Q=(K*E*D)/(B)

Donde

E= tension generada en el conductor
K= constante
B= densidad del campo magnético
L= longitud
V= velocidad del movimiento
CONDICIONES
Requiere fluidos conductores
No producen pérdidas de presión
Requiere de compensación por factores de conductividad y temperatura
No sirve para fluidos gaseosos
Requiere de tubería siempre llena de fluido

ULTRASÓNICO
Consta de unas Sondas, que trabajan por pares, como emisor y receptor.
Los hay dos tipos:
DOPPLER: Miden los cambios de frecuencia causados por el flujo del líquido.
Se colocan dos sensores cada uno a un lado del flujo a medir y se envía una
señal de frecuencia conocida a través del líquido.

TRÁNSITO: Tienen transductores colocados a ambos lados del flujo.
Las ondas de sonido viajan entre los dispositivos con una inclinación de 45º respecto a la dirección de flujo del líquido.

VENTAJAS
Son fáciles de transportar.
Su instalación es rápida y sencilla.
Se instalan en cualquier tipo de tubería.
Son equipos de alta precisión, 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 calibración de campo generalmente no es necesaria.
Si costo es casi independiente del tamaño del conducto donde se instale.
El equipo no utiliza pares móviles y es muy fácil de utilizar.
Está basado en el principio de generación de vórtices.
Un cuerpo que atraviese un fluido generará vórtices flujo abajo. Estos vórtices se forman alternándose de un lado al otro causando diferencias de presión, esta son censadas por un cristal piezoeléctrico. La velocidad de flujo es proporcional a la frecuencia de formación de los vórtices.
Son equipos de bajo mantenimiento y buena precisión.
VORTEX
Los medidores de caudal másicos están diseñados para medir directamente el caudal del fluido en unidades de masa, como por ejemplo Kg/h, en lugar de medir el caudal en volumen, como m3/h.

Las principales ventajas de estos tipos de instrumentos son:
Muy buena exactitud.
Amplia rangeabilidad.
Lectura directa en caudal de masa.
Reducidos costes de mantenimiento.
Salida Lineal.

Los principales inconvenientes son:
Alto costo.
Alta pérdida de carga (respecto a otras tecnologías).
Límite de utilización en altas temperaturas.
Da problemas en tuberías de gran tamaño.



VENTAJAS Y DESVENTAJAS
CORIOLIS
Se basa en el teorema de coriolis el cual consiste en la existencia de una aceleración relativa del cuerpo en dicho sistema en rotación. Esta aceleración es siempre perpendicular al eje de rotación del sistema y a la velocidad del cuerpo.

FUNCIONAMIENTO
Los Fluidos que pasan a través del sensor son forzados a adquirir el movimiento vertical del tubo que vibra. Cuando el tubo se está moviendo hacia arriba durante la mitad del ciclo de vibración, el fluido que está pasando a través del tubo ejerce una fuerza opuesta al movimiento hacia arriba y tiende a empujar el tubo hacia abajo.
El fluido que está pasando a través del tubo ejerce una fuerza opuesta al movimiento hacia arriba y tiende a empujar el tubo hacia abajo. Una vez que el fluido atraviesa la curva y comienza a salir del sensor el fluido empuja el tubo hacia arriba.

Estos dos movimientos hacen que los tubos se retuerzan. Cuando el tubo se está moviendo hacia abajo en la segunda mitad del ciclo de vibración este se retuerce o deforma en dirección opuesta al movimiento. Esta característica es llamada efecto coriolis.
COMPONENTES DE LA UNIDAD SENSORA
Tubo de flujo
Tubo unión múltiple (manifold)
Placa base
Bobina impulsora
Brazos de soporte
Detectores de posición

PRINCIPIO DE MEDICIÓN DE FLUJO
Este medidor aplica para el calculo la segunda ley de newton de movimiento: Fuerza = masa * aceleración.
De acuerdo a esta ley, la magnitud de la deformación del tubo sensor es directamente proporcional a la cantidad de flujo másico que esta pasando a través del tubo.
El tubo es movido por una bobina electromagnética que genera un movimiento constante cuando el tubo es energizado, esta bobina está localizada en el centro de las curvas y causa que los tubos oscilen en sentido opuesto.

Los detectores de velocidad electromagnética localizados en cada extremo del tubo sensor, miden la velocidad de la vibración del tubo. El flujo másico es determinado midiendo la diferencia de tiempo que se genera en el desfase entre las dos ondas sinusoidales que son obtenidas por los medidores electromagnéticos.
La masa del fluido que atraviesa los tubos del sensor genera la fuerza coriolis que se opone a la vibración de los tubos. Cuando se produce la fuerza coriolis las ondas que miden las 2 bobinas se desfasan y esta diferencia es directamente proporcional a la cantidad de masa que esta presente en los tubos

MEDIDORES TÉRMICOS
Un método de determinación del flujo de masa es por el efecto de transferencia de calor. Se pone en contacto con el fluido una resistencia de platino con una corriente controlada. Esta resistencia sube su temperatura en condiciones sin flujo. Cuando el flujo se inicia, existe una disminución de temperatura en el sensor por el intercambio de calor con el fluido. La corriente eléctrica varía por la propia variación de la resistencia con la temperatura y esta variación es proporcional a la nueva temperatura del sensor.

TUBO ANNUBAR
Consta de un tubo que mide la presión total, este tubo está dispuesto a lo largo de un diámetro transversal, presenta una serie de orificios, todos de diámetros iguales que captan el caudal, otro tubo en su interior se encarga de promediar las presiones obtenidas. Posterior a se encuentra el tubo de presión estática con un orificio en el centro.

VERTEDEROS
Se utilizan para medir caudales en canales abiertos y se encuentran en formas variadas. Estos provocan una diferencia de alturas del líquido en el canal entre la zona anterior del vertedero y su punto más bajo.

TURBINA
Consiste en un rotor que gira al paso del fluido con una
velocidad directamente proporcional al caudal. La velocidad del fluido ejerce una fuerza de arrastre en el rotor; la diferencia de presiones debida al cambio de área entre el rotor y el cono posterior ejerce una fuerza igual y opuesta.

PLACA DE IMPACTO
Consiste en una placa instalada directamente en el centro de la tubería y sometida al empuje del fluido. La fuerza originada es proporcional a la energía cinética del fluido y depende del área anular entre las paredes de la tubería y la placa.

MEDIDORES DE TENSIÓN INDUCIDA
Los medidores de flujo del tipo de tensión inducida se fundamentan en la ley de Faraday la cual establece que la tensión inducida en un conductor que se mueve perpendicularmente a un campo magnético es proporcional a la velocidad del conductor.

MEDIDOR DE DISCO GIRATORIO
El instrumento está compuesto por una cámara circular con un disco plano móvil el cual posee una ranura en la que está intercalada una placa fija. 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, mientras que su parte superior roza con la parte superior de la cámara en el lado opuesto. De este modo la cámara está dividida en compartimientos separados de volumen conocido.

MEDIDORES DE PISTON OSCILANTE
El pistón va guiado por el eje, el cual sigue una trayectoria circular entre el anillo interno y un rodillo central. Una prolongación del eje que atraviesa la cubierta de la cámara comunica el volumen total del fluido que ha circulado por el medidor. El fluido penetra y pasa alrededor del espacio anular, entre los anillos externo e interno, hacia el orificio de descarga.
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