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CONCEPTOS BÁSICOS DE CAUDAL

 Definición

Se define como “caudal” la cantidad de fluido (en unidades de masa o volumen) que circula por un circuito cualquiera en un tiempo determinado. Caudal Volumétrico Matemáticamente se expresa como la división del volumen sobre la unidad de tiempo deseada:

Q = V T

(volumen) (tiempo)

Otra expresión muy utilizada y que se desprende de la anterior esta dada  por :

Q

=

A

(área)

x V  (velocidad)

La misma surge sabiendo que : V(volumen)= A (área) x d (distancia) T (tiempo) =d (dist) : v (velocidad)

A modo de ejemplo si conocemos la sección transversal (perpendicular a la direc direcci ción ón del del fluj flujo) o) de un caño caño cual cualqui quiera era y la velo veloci cida dad d con con que que es atravesado por el fluido podemos fácilmente determinar el caudal :

V (veloc)

A (área) =

x

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CONCEPTOS BÁSICOS DE CAUDAL Unidades y Equivalencias

Como vimos inicialmente, por ser una relación entre el volumen y el tiempo, es útil disponer de las equivalencias entre las unidades de volumen más utilizadas.

Cuadro de Equivalencias para VOLUMEN Unidades Barriles 1 barril 1 3 0.178 1 pie 1 galón 0.024 3 0.0001 1 pulg 1 litro 0.0063 3 6.29 1 metro 1 onza 0.00019

Pie3 5.61 1 0.134 0.0006 0.0353 35.31 0.001

Galones 42 7.48 1 0.0043 0.264 264.17 0.0078

Pulgada3 9702 1728 231 1 61.02 61023.7 1.805

Litros 159 28.32 3.785 0.016 1 1000 0.0296

Metros3 0.159 0.028 0.00378 1.6 x 10-5 0.001 1 2.9 x 10-5

Onzas 5376 957. 5 128 0.554 33.81 33814 1

Para obtener las unidades de caudal debemos luego, referenciar en que unidad de tiempo hemos bombeado ese caudal, e ingresar en la tabla de izquierda a derecha por la unidad conocida hasta la unidad que deseamos hallar. Ejemplo : Si el régimen de bombeo es 200 m3/día y deseamos hallarlo en barriles/día,  por tabla tenemos: Unidades Barriles 1 metro 3 6.29

Para 200 m3/d corresponderá multiplicar 200 x 6.29 = 1258 El caudal bombeado convertido será 1258 barriles/día

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CONCEPTOS BÁSICOS DE CAUDAL Conceptos Operativos

Al igual que la presión, el caudal es otro de los parámetros importantes de un sistema de bombeo. Dependiendo de las características de este último el incremento o caída del caudal reflejará diferentes fallas. Si por caso tomamos una bomba centrífuga el caudal erogado por esta depende en operación de la contrapresión a la que esta sujeta, y responde de manera inversa a la misma. Es decir, al aumentar la presión de descarga disminuirá el caudal entregado e inversamente al disminuir la presión el caudal se incrementará. En bombeos de tipo alternativo (reciprocante) las variaciones de presión no afectan directamente al caudal ya que este se encuentra determinado por el desplazamiento volumétrico de la bomba, su velocidad y rendimientos. Sí observaremos una disminución o aumento de la “potencia” absorbida  por la motobomba que se halla directamente afectada por la presión. Estas consideraciones son válidas para el bombeo de líquidos no así en equipos de compresión de gas donde variaciones de presión en la descarga afectaran al caudal, debido justamente a las características de compresibilidad que tienen los gases y que afectarán el rendimiento del equipo. En los capítulos de bombas se ampliaran estos conceptos y la importancia del caudal en la adecuada selección de los equipos. Por último nuevamente vuelve a ser de gran importancia la percepción del operador en el conocimiento a través del tiempo de su sistema de operación. Variaciones que al principio se desprecian por pequeñas suelen ser causa posterior de serios problemas: Ejemplos: filtros tapados, válvulas con pérdidas (recirculación), líneas  pinchadas, instrumentos defectuosos, separadores fuera de su nivel normal de operación, puestas en marcha luego de un mantenimiento, etc.

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CONCEPTOS BÁSICOS DE CAUDAL  Instrumentos y Equipos de Medición

La clasificación puede ser tan amplia como los diferentes equipos y métodos que existen, pero remitiéndonos a la definición inicial y a las dos expresiones conocidas tenemos : a) Medición por Unidad calibrada Consiste en determinar el tiempo de llenado de una unidad calibrada (rolo, tanque) o bien el volumen ocupado en la unidad al cabo de un tiempo determinado. Luego bastará realizar el cociente Volumen/tiempo para determinar el caudal.  b) Medición directa del Volumen Consiste en medir el número de vueltas que sobre un elemento rotante genera el fluido al circular a través de este. Como por construcción se establece el número de vueltas que producirá un determinado volumen en la unidad de tiempo la integración de estos giros al cabo de minutos, horas o días nos darán el caudal deseado. El número de vueltas será proporcional al caudal y de respuesta lineal. De acuerdo al tipo de diseño el giro se contabiliza mecánica o electrónicamente y esta señal se envía al contador. Instrumentos: ♦ ♦ ♦

Turbinas electrónicas de inserción Turbinas o rotores electrónicos de paso total Rotores mecánicos

c) Medición Indirecta Consiste en determinar la velocidad de pasaje del fluido a través de un conducto del que conocemos su sección (área transversal) y luego integrar  esta velocidad instantánea en el tiempo deseado de medición (minutos, horas, días). Otra forma es producir una constricción (orificio, cuña) o perturbación (vortex) determinando la ecuación de variación del caudal en función del  parámetro censado. 4

CONCEPTOS BÁSICOS DE CAUDAL Instrumentos: ♦ ♦

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Caudalímetros ultrasónicos Puentes de medición con placa orificio, sensor de diferencial e integrador  Tipo Vortex Electromagnéticos

d) Caudalímetros Másicos Su funcionamiento básico consiste en determinar permanentemente la densidad total del fluido que está atravesando el medidor, y luego en función de los datos fijos previamente cargados en el computador  (fundamentalmente densidad de petróleo y agua de los pozos a medir) realiza la distribución exacta de los porcentajes de las fases presentes.

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CONCEPTOS BÁSICOS DE CAUDAL Condiciones de Seguridad   No debemos olvidar nunca que más allá de su valor numérico, los  parámetros físicos y su constancia en el tiempo nos muestran las condiciones en que se está desarrollando el trabajo en nuestro sistema operativo. Siempre debemos analizar los datos en su conjunto y las relaciones que se establecen deben ser las lógicas para cualquier situación normal o anormal, de manera de poder anticiparnos y prevenir posibles inconvenientes. Todo sistema bien diseñado debe contemplar las variaciones anormales que se produzcan en el caudal, ya que una detección tardía puede ocasionar  daños irreparables en los equipos y consecuencias severas al medio ambiente. Al efecto se montan sensores de alarma (bajo caudal, alto caudal) y de paro (muy bajo caudal, muy alto caudal). De acuerdo a la modalidad de arranque o parada de los equipos estos sensores están gobernados por temporizadores que permitirán un tiempo de “desconexión” razonable para realizar las maniobras. Condiciones de caudal cero o caudal máximo pueden traer aparejados  problemas de temperatura por falta de circulación o excesos de velocidad respectivamente.

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