Nombre: Andres Gamboa Caceres, Tania Madronero Medina

MEDIDORES DE FLUJOINTRODUCCIN

La medicin de caudal es una de las mediciones ms frecuentes en la industria. Esta medicin consiste en medir la velocidad en la que un determinado volumen pasa a travs de un rea transversal al flujo determinada [1]. Existen dos tipos de mediciones, directa e indirecta. La medicin directa consiste en tomar, de alguna forma, una cantidad de fluido en un determinad tiempo [1]. Los dispositivos de medicin directa suelen ser grandes y tienen una frecuencia de medicin deficiente, aunque tambin son muy precisos y por ello suelen utilizarse para calibrar los dispositivos de medicin indirecta [1].

Se estima que, actualmente, al menos un 75% de los medidores industriales en uso son dispositivos de presin diferencial, siendo el ms popular la placa de orificio. Los medidores de caudal volumtrico pueden determinar el caudal de volumen de fluido de dos formas:

Directamente, mediante dispositivos de desplazamiento positivo Indirectamente, mediante dispositivos de: presin diferencial, rea variable, velocidad, fuerza, etc.

FACTORES PARA LA ELECCIN DEL TIPO DE MEDIDOR DE FLUIDO [2]

Rango: los medidores disponibles en el mercado pueden medir flujos desde varios mililitros por segundo (ml/s) para experimentos precisos de laboratorio hasta varios miles de metros cbicos por segundo (m3/s) para sistemas de irrigacin de agua o agua municipal o sistemas de drenaje. Para una instalacin de medicin en particular, debe conocerse el orden de magnitud general de la velocidad de flujo as como el rango de las variaciones esperadas.

Exactitud requerida: cualquier dispositivo de medicin de flujo instalado y operado adecuadamente puede proporcionar una exactitud dentro del 5 % del flujo real. La mayora de los medidores en el mercado tienen una exactitud del 2% y algunos dicen tener una exactitud de ms del 0.5%. El costo es con frecuencia uno de los factores importantes cuando se requiere de una gran exactitud.

Prdida de presin: debido a que los detalles de construccin de los distintos medidores son muy diferentes, stos proporcionan diversas cantidades de prdida de energa o prdida de presin conforme el fluido corre a travs de ellos. Excepto algunos tipos, los medidores de fluido llevan a cabo la medicin estableciendo una restriccin o un dispositivo mecnico en la corriente de flujo, causando as la prdida de energa.

Tipo de fluido: el funcionamiento de algunos medidores de fluido se encuentra afectado por las propiedades y condiciones del fluido. Una consideracin bsica es si el fluido es un lquido o un gas. Otros factores que pueden ser importantes son la viscosidad, la temperatura, la corrosin, la conductividad elctrica, la claridad ptica, las propiedades de lubricacin y homogeneidad.

Calibracin: se requiere de calibracin en algunos tipos de medidores. Algunos fabricantes proporcionan una calibracin en forma de una grfica o esquema del flujo real versus indicacin de la lectura. Algunos estn equipados para hacer la lectura en forma directa con escalas calibradas en las unidades de flujo que se deseen. En el caso del tipo ms bsico de los medidores, tales como los de cabeza variable, se han determinado formas geomtricas y dimensiones estndar para las que se encuentran datos empricos disponibles. Estos datos relacionan el flujo con una variable fcil de medicin, tal como una diferencia de presin o un nivel de fluido.

MEDIDORES DE PRESIN DIFERENCIALLos medidores de presin diferencial son utilizados de forma significativa por la industria debido a su simplicidad, su tamao y bajo costo (Merle C. Potter, 2002). Su funcionamiento se basa en la presin diferencial de partes de un ducto o tubera, causada por una obstruccin, esta presin diferencial se relaciona experimentalmente con el caudal (Merle C. Potter, 2002). A continuacin se da una descripcin de los medidores de orificio y tubo Venturi.

Medidor de orificioConsiste en un orificio en una placa delgada, transversal al flujo, que sirve como una obstruccin al flujo, esta obstruccin crea una diferencia de presiones (Merle C. Potter, 2002). A continuacin en la Figura 2 se presenta un esquema general.

Figura 3. Medidor de orificio.

Se realiza un balance de energa y de continuidad en el punto 1 y 2. Para el balance de energa se utiliz la ecuacin de Bernoulli:

Como es desconocido, la ecuacin se escribe en trminos de que es el dimetro de orificio para esto se agrega un factor de correccin .

Combinando la ecuacin (3) y (6):

Transformando la ecuacin (5) de velocidad a caudal multiplicando por el rea transversal, adems se debe agregar un factor de correccin para corregir la no idealidad del proceso:

Medidor Venturi Es un dispositivo que realiza la medicin, al igual que el de orificio, en la tubera. Consiste en una seccin con mismo dimetro interno de la tubera y a la vez unida a esta, la seccin se va reduciendo hasta un dimetro mnimo llamado dimetro de garganta , despus en forma gradual el dimetro vuelve a ser el mismo que el de la tubera. La medicin se basa en la diferencia de presin entre el fluido antes de la reduccin de la seccin transversal y la garganta (en el punto de menor dimetro ) (Vctor L. Streeter, 1979).

Figura 4. Medidor Venturi

El balance de energa y de continuidad se realiza de igual forma que en la seccin de medidor de orifico, con la salvedad de que es 1:

REA VARIABLE

Los medidores de caudal de rea variable se deben instalar verticalmente. Su principio de funcionamiento se basa en un flotador que cambia de posicin dentro de un tubo de rea variable. El rea del tubo es pequea en la parte inferior y va aumentando hasta alcanzar la mayor seccin en la parte superior.

El flotador, slido, tiende a bajar debido a la fuerza de gravedad (su peso) y el fluido, que circula de abajo hacia arriba, tiende a levantarlo debido a la fuerza de arrastre de este. Adems de la fuerza de arrastre, existe una fuerza que ejerce el fluido sobre el flotador, que es igual al peso del volumen del fluido que desaloja. El flotador queda en la posicin de equilibrio de fuerzas, indicando en el tubo el caudal del fluido que pasa. El tubo debe estar convenientemente graduado, adems de permitir la visualizacin del flotador. El tubo se puede graduar teniendo en cuenta que la fuerza de arrastre depende de la velocidad del fluido, y una vez se conoce esta, se puede obtener el caudal. Como se puede intuir, la fuerza de arrastre depende de la viscosidad del fluido. La medida puede ser directa al estar la escala graduada en el tubo, pero tambin existen modelos en los que el flotador da una seal en funcin de su posicin, y se puede utilizar esta para extraer la medida en otra escala graduada, o bien para acondicionar la seal y adecuarla para un bus de campo o bien transmitirla a un regulador. El medidor ms representativo de esta clase es el rotmetro, el cual opera con el mecanismo anteriormente descrito.

RotmetroConsiste en un contenedor cilndrico transparente y graduado, y en su interior contiene un flotador (ms denso que el fluido) [3]. El rea del ducto por donde est el flotador y el fluido, es variable para mantener la diferencia de presin constante [4]. La medicin consiste en la posicin vertical del flotador, si el flujo aumenta el flotador se eleva, si el flujo disminuye el flotador desciende de su posicin [4]; el valor ledo en la escala graduada se asocia a un determinado caudal, esto requiere una calibracin experimental previa.Figura 1. Esquema de un Rotmetro

El principio de funcionamiento del rotmetro se basa en el equilibrio de fuerzas que actan sobre el flotador. En efecto, la corriente fluida que se dirige de abajo hacia arriba a travs del tubo cnico del rotmetro, provoca la elevacin del flotador hacia una altura en que el rea anular comprendido entre las paredes del tubo y el cuerpo flotador, adquiere una dimensin tal que las fuerzas que actan sobre el mismo se equilibran, y el flotador se mantiene estable a una determinada altura que corresponde a un valor de caudal circulante Sacado de [4].

CALORIMTRICO CAUDALMETRO

El principio calorimtrico para la medicin de flujo de fluido est basado en dos sensores de temperatura en estrecho contacto con el fluido, pero un aislamiento trmico entre s.

Uno de los dos sensores es constantemente calentado y el efecto de enfriamiento del fluido que fluye se utiliza para controlar la velocidad de flujo. En una condicin estacionaria de lquido (sin flujo) hay una diferencia de temperatura constante entre los dos sensores de temperatura. Cuando los aumentos de flujo de fluido, la energa trmica se extrae del sensor calentado y la diferencia de temperatura entre los sensores se reducen. La reduccin es proporcional a la velocidad de flujo del fluido. Los tiempos de respuesta pueden variar debido la conductividad trmica del fluido. En general baja conductividad trmica requiere una mayor velocidad para la medida adecuada.

El medidor de flujo calorimtrico puede lograr precisin relativamente alta a velocidades de flujo bajas.

Medidor de flujo de turbina

Hay muchos diseo de fabricacin diferente de medidores de flujo de turbina, pero en general todos ellos se basan en el mismo principio simple:

Si un fluido se mueve a travs de un tubo y que acta sobre los labes de una turbina, la turbina empezar a girar y rotar. Se mide la velocidad de giro para calcular el flujo.

Las proporciones de apertura de cama pueden ser ms de 100:1 si el medidor de turbina est calibrado para un nico fluido y se utiliza en condiciones constantes. La precisin puede ser mejor que + / -0,1%.

Vortex Medidor de flujo

Una obstruccin en un flujo de fluido crea vrtices en un flujo de aguas abajo. Cada obstruccin tiene una velocidad de flujo de fluido crtico en el que se produce el desprendimiento de vrtices. Derramamiento del vrtice es el caso en el que se alternan zonas de baja presin se generan en el de aguas abajo.

Estos se alternan zonas de baja presin hacen que la obstruccin se mueva hacia la zona de baja presin. Con sensores de aforo los vrtices de la fuerza de la corriente se puede medir.

Caudalmetro electromagntico

Un caudalmetro electromagntico operar en la ley de Faraday de la induccin electromagntica que establece que un voltaje se induce cuando un conductor se mueve a travs de un campo magntico. El lquido sirve como el conductor y el campo magntico es creado por las bobinas energizadas fuera del tubo de flujo.

El voltaje producido es directamente proporcional a la velocidad de flujo. Dos electrodos montados en la pared de la tubera detectan el voltaje que se mide por un elemento secundario.

Los caudalmetros electromagnticos pueden medir lquidos y lodos difciles y corrosivos, y pueden medir el flujo en ambas direcciones con la misma precisin.

Los caudalmetros electromagnticos tienen un consumo de potencia relativamente alta y slo se pueden utilizar para fluidos conductores elctricos como el agua.

Ultrasnico Doppler Caudalmetro

Se observ el efecto del movimiento de una fuente de sonido y su efecto sobre la frecuencia del sonido y se describe por Christian Johann Doppler.La frecuencia de la seal reflejada se modifica por la velocidad y la direccin del flujo de fluido

Si un fluido se est moviendo hacia un transductor, la frecuencia de la seal de retorno se incrementar. Cuando el fluido se mueve lejos de un transductor, la frecuencia de la disminucin de la seal de retorno.

La diferencia de frecuencia es igual a la frecuencia refleja menos la frecuencia de origen y se puede utilizar para calcular la velocidad de flujo de fluido.

El Doppler ultrasnico y tiempo de vuelo del caudalmetro

MEDIDOR DE FLUJO DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO

Las medidas del caudalmetro de desplazamiento positivo proceso de flujo de fluido mediante rotores de precisin equipado de elementos de medicin de flujo. Volmenes conocidos y fijos estn desplazadas entre los rotores. La rotacin de los rotores son proporcionales al volumen de fluido que est siendo desplazada.

El nmero de rotaciones del rotor se cuenta por un transmisor de impulsos electrnico integral y se convierte en volumen y velocidad de flujo.

La construccin del rotor de desplazamiento positivo puede hacerse de varias maneras:mbolo alternativo medidores son de tipo individual y de varios pistones.

Metros Oval-engranajes tienen dos giratorias, engranajes de forma ovalada, con sincronizadas, dientes ajustadas. Una cantidad fija de lquido pasa a travs del medidor para cada revolucin. La rotacin del eje puede ser monitoreada para obtener tasas de flujo especficas.

Disco oscilante medidores tienen discos mviles montados sobre una esfera concntrica situado en cmaras de paredes laterales esfricas. La presin del lquido que pasa a travs de la cmara de medicin hace que el disco a la roca en una trayectoria de circulacin sin girar sobre su propio eje. Es la nica parte mvil en la cmara de medicin.

Rotativas de paletas metros consiste en igualmente dividida, impulsores, dos o ms compartimientos, dentro de las carcasas del metro rotacin. Los impulsores estn en contacto continuo con la carcasa. Un volumen fijo de lquido es barrido a la salida del medidor de cada compartimiento cuando gira el impulsor. Las revoluciones de la turbina se cuentan y se registran en unidades volumtricas.

El medidor de flujo de desplazamiento positivo puede ser utilizado para todos los fluidos relativamente no abrasivos tales como aceites de calefaccin, aceites lubricantes, aditivos de polmeros, grasas animales y vegetales, tinta de impresin, fren, y muchos ms.

La precisin puede ser de hasta 0,1% de tasa completa con un arreglo de la cama de 70:1 o ms.

MEDIDORES DE FLUJO DE MASAMedidores de masa medir la tasa de flujo de masa directamente.

Medidor de flujo trmicoEl medidor de flujo de masa trmica opera independiente de la densidad, presin, y la viscosidad. Metros trmica Uso de un elemento de deteccin climatizada aislado a partir de la trayectoria de flujo de fluido en la corriente de flujo conduce el calor desde el elemento de deteccin. El calor conducido es directamente proporcional a la tasa de flujo de masa y la diferencia de temperatura que se calcula para flujo de masa.

La precisin del dispositivo de flujo de masa trmica depende de la calibraciones fiabilidad del proceso real y las variaciones en la temperatura, presin, tasa, la capacidad de calor y la viscosidad del fluido fluya.

Caudalmetro Coriolis

Medicin de masa directa establece la medida de caudal Coriolis, aparte de otras tecnologas. Medicin de la masa no es sensible a cambios en la presin, temperatura, viscosidad y densidad. Con la capacidad para medir lquidos, lodos y gases, medidores de flujo Coriolis son medidores universales.

Coriolis caudalmetro msico usa el efecto Coriolis para medir la cantidad de movimiento de masas a travs del elemento. El fluido a medir se ejecuta a travs de un tubo en forma de U que se hace vibrar en una oscilacin armnica angular. Debido a las fuerzas de Coriolis, los tubos se deformarn y un componente de vibracin adicional se aade a la oscilacin. Este componente adicional provoca un desplazamiento de fase en algunos lugares de los tubos que se pueden medir con sensores.

Los medidores de flujo de Coriolis son en general muy precisa, mejor que + / -0,1% con una tasa de cobertura de ms de 100:1. El medidor de Coriolis tambin se puede utilizar para medir la densidad de los fluidos [5].

A continuacin una tabla comparativa de los diferentes medidores:Tabla 1. Tabla comparativa

Trabajos citados[1] D. C. W. M. H. T. I. P. S. Merle C. Potter, Mecanica de Fluidos, Tercera Edicion ed., Mexico: THOMSON, 2002. [2] J. A. O. Arias, Monografias, [En lnea]. Available: http://www.monografias.com/trabajos31/medidores-flujo/medidores-flujo.shtml. [ltimo acceso: 07 04 2014].[3] E. B. W. Vctor L. Streeter, Mecanica de los Fluidos, Sexta Edicion ed., Mexico: McGRAW-HILL, 1979. [4] E. L. Ibarrola, Universidad Nacional de Crdoba, [En lnea]. Available: http://www.efn.uncor.edu/departamentos/aero/Asignaturas/MecFluid/material/Teoria%20Rotametro.pdf. [ltimo acceso: 14 Noviembre 2013].[5] [En lnea]. Available: http://www.engineeringtoolbox.com/flow-meters-d_493.html.