Instrumentos de Medición de Caudal

M. en C. Teth Azrael Cortés Aguilar

Instrumentos de caudalEn dinámica de fluidos, caudal es la cantidad de fluido que pasa por determinado elemento en la unidad de tiempo. Normalmente se identifica con el flujo volumétrico o volumen que pasa por una área dada en la unidad de tiempo. Menos frecuentemente, se identifica con el flujo másico o masa que pasa por una área dada en la unidad de tiempo.

Medidores volumétricos

Presión Diferencial

Área variable, Rotámetro

Velocidad

Fuerza, Placa de impacto

Tensión inducida

Desplazamiento positivo

Torbellino

Oscilante

Medidores de caudal masa

Compensadores volumétricos

Térmicos

Momento

Fuerza de Coriolis

Desplazamiento positivo

Disco giratorio

Pistón oscilante

Pistón alternativo

Medidor Rotativo

Medidor de paredes

deformables

Presión Diferencial

Placa orificio tobera

Tubo venturi

Tubo Pitot

Tubo Annubar

Velocidad

Vertedero con flotador de

canal abierto

Turbina

Sondas ultrasónicas

Teorema de Bernoulli

Placa orificioConsiste en una placa perforada instalada en la tubería. Dos tomas conectadas en la parte anterior y posterior de la placa, captan está presión diferencial la cual es proporcional al cuadrado del caudal.

Tubo VenturiPermite la medición de caudales 60% superiores a los de placa orificio en las mismas condiciones de servicio con una perdida de carga del 10% al 20% de la presión diferencial. Posee gran precisión y permite el paso de fluidos con sólidos abrasivos.

Tubo Pitot

The averaging pitot tube

El tubo pitot mide la diferencia entre la presión total y la presión estática, o sea la presión dinámica , la cual es proporcional al cuadrado de la velocidad

Tubo AnnubarEs una innovación del tubo Pitot y consta de dos tubos , el de la presión total y el de la presión estática. El tubo que mide la presión total está situado a lo largo de un diámetro transversal de la tubería y consta de varios orificios de posición critica determinada por una computadora que cubren cada uno la presión total en un anillo de área transversal de la tubería. El tubo Annubar es de mayor precisión que el tubo Pitot, tiene una baja perdida de carga y se emplea en la medida de pequeños o grandes caudales de líquidos o gases.

RotámetroLos rotámetros son medidores de caudal de área variable de los cuales un flotador cambia su posición dentro de un tubo, proporcionalmente al flujo del fluido . Los flotadores pueden tener varios perfiles de construcción: Esférico, cilíndrico de borde plano, cilíndrico de borde saliente, etc. Los rotámetros son ideales para medidas de pequeño caudal aprox. 3.5 m3/min.

TurbinaLos medidores de turbina consisten 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 presión debida al cambio de área entre el rotor y el cono posterior ejerce una fuerza igual y opuesta , de modo que el rotor está equilibrado hidrodinámicamente. Son instrumentos de una precisión elevada cuando se colocan en una tubería recta y es adecuado para líquidos limpios y filtrados. Pueden fallar en excesos de caudal.

VertederoSe usa para la medición de caudal en canales abiertos. Utilizan diferentes formas de vertedero para provocar una diferencia de altura del liquido del canal entre la zona anterior y el punto mas bajo. La diferencia de alturas se mide en un punto aguas arriba lo suficientemente alejado como para no verse influido por la curva de bajada de la superficie del agua. Se utiliza un flotador como elemento de medida para la altura.

Q es caudal en m3/seg.K es una constante según el tipo de vertederol es la anchura de la gargantaH es la diferencia de alturasn depende del tipo de vertedero

Transductores UltrasónicosMiden el caudal por diferencia de velocidades del sonido al propagarse éste en el sentido del flujo del fluido y en el sentido contrario. Los sensores están situados en unaTubería de la que se conocen el área y el perfil de velocidades. Otras técnicas son la desviación del haz emitido por el transmisor perpendicularmente a la tubería(fluidos limpios), y el efecto Doppler que mide el corrimiento de frecuencia que experimenta la señal (fluidos con solidos). Son sensibles a los cambios de densidad del liquido y son afectados por burbujas de aire o gas.

Medidor de Fuerza Consiste un una placa instalada directamente en el centro de la tubería y sometida al empuje del fluido. Donde 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.La placa esta conectada a un transmisor neumático o bien a un transductor eléctrico de galgas extensométricas. El caudal es proporcional a la raíz cuadrada de la fuerza de imparto del fluido sobre la placa. Permite medir caudales pequeños y grandes, con una precisión del 1%.

Medidor MagnéticoLa ley de Faraday establece que la tensión inducida a través de cualquier conductor, al moverse éste perpendicularmente a través de un campo magnético, es proporcional a la velocidad del conductor. En el medidor de caudal el conductor es el líquido y la señalgenerada es captada por dos electrodos rasantes con la superficie interior del tubo y diametral mente opuestos. La única zona del líquido en movimiento que contribuye a la f.e.m. es la que une en línea recta a los dos electrodos. Son instrumentos adecuados para medir fluidos corrosivos conductivos

Medidor Oval Disponen de dos ruedas ovales que engranan entre sí y tienen un movimiento de giro debido a la presión diferencial creada por el líquido. La acción del líquido va actuando alternativamente sobre cada una de las ruedas dando lugar a un giro suave de un par casi constante.

Medidor birrotor Consiste en dos rotores sin contacto mecánico entre sí que giran como únicos elementos móviles en la cámara de medida . Son instrumento reversibles, admiten elevaciones de velocidades esporádicas sin dañar el instrumento. Se usan en la medición de productos del petróleo. Su precisión es del 0.2% con una perdida de carga de 1 a 5 psi.

Medidor cicliodal Contienen dos lóbulos del tipo Root engranados entre sí que giran en direcciones opuestas manteniendo una posición relativa fija y desplazando un volumen fijo de fluido o gas en cada revolución. Disminuye su precisión en caudales bajos debido a la conexión de los lóbulos.

Medidor Disco Oscilante Cuando pasa el fluido a través de la cámara , el disco toma un movimiento de efecto giroscópico , de manera que la circunferencia del disco sube y baja alternativamente, el balanceo se transmite a un tren de engranajes para su interpretación. Se utiliza en pequeños caudales.

Medidor de CoriolisTeorema de Coriolis: Un objeto de masa m que se desplaza con una velocidad lineal V a través de una superficie giratoria que gira con una velocidad angular constante w, experimenta una velocidad tangencial tanto mayor cuanto mayor sea su alejamiento del centro . En el medidor de coriolis, sensores magnéticos de posición traducen el movimiento que aplica la fuerza de coriolis al ducto, en masa y velocidad del fluido.

Medidor Térmico Se basan en dos principios físicos : 1) la elevación de temperatura del fluido en su paso por un cuerpo caliente y 2) la pérdida de calor experimentada por un cuerpo caliente inmerso en el fluido. El medidor consta de una fuente de calor constante y a puntos equidistantes se encuentran dos sondas para medir 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 sensor y se presenta una diferencia de temperatura que va en aumento proporcionalmente entre las dos sondasa medida que aumenta el caudal.

Ce es el calor especificom es la masa t2-t1 es la diferencia de temperatura

Instrumento que relaciona un diferencial de temperatura proporcional al caudal entre dos sensores.

En este instrumento la masa, la velocidad lineal y angular provoca de forma proporcional una torsión.

¿Qué instrumento es el adecuado para fluidos corrosivos conductivos?

¿En qué instrumento la energía cinética del fluido y del área transversal de la placa y la tubería transmite un esfuerzo hacia una galga?

¿Qué instrumento mide el caudal por diferencia de velocidad de propagación de una onda de sonido?

Instrumento que consiste en un rotor que gira proporcionalmente al caudal

Consta de un flotador que cambia su posición dentro de un tubo proporcionalmente al flujo del fluido.

Consiste en un tubo formado por dos secciones cónicas unidad por un tubo estrecho en el que el fluido se desplaza a mayor velocidad. La medición de la diferencia de presión entre la región ancha y estrecha permite el cálculo de la velocidad del fluido.

Consiste en dos rotores sin contacto mecánico entre sí que gran como únicos elementos móviles. Es un instrumento reversible que admite velocidades esporádicas sin daño al instrumento.

Se utiliza para la medición de grandes caudales en canales abiertos, se utiliza un flotador como elemento de medida para la altura.

Evaluación

Placa Orificio

Tubo Venturi

Tubo Pitot

Tubo Annubar

Rotámetro

Turbina

Vertedero

Transductor ultrasónico

Medidor de Fuerza

Medidor Magnético

Medidor Oval

Medidor Birrotor

Medidor Cicloidal

Disco Oscilante

Medidor de Coriolis

Medidor Térmico

Relacione correctamente los instrumentos de medición de caudal con su descripción