Instrumentacion para La Medicion Del Cau PDF

 

INSTRUMENTACIÓN PARA LA MEDICIÓN DEL CAUDAL

Instrumentación para la medición de caudal ETSEIB 17/12/10 17/12/10 - Instrumentació i mesura de fluids

ETSEIB 17/12/10 Instrumentació Instrumentaci ó i mesura de flui fluids ds

 

INSTRUMENTACIÓN PARA LA MEDICIÓN DEL CAUDAL Objetivo: - Obtener un unaa visión gener general al de las difere diferentes ntes tecnologías tecnologías para medir el caudal (actuales, innovadoras) - Co Cono noce cerr ventajas y desventajas de cada una una de estas tecnologías - Ver alg alguna unass aplicaciones

Presenta: Carlos Lana Linati Ingeniero Industrial

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INSTRUMENTACIÓN PARA LA MEDICIÓN DEL CAUDAL Caudalímetros para tuberías llenas Caudalímetros electromagnéticos: en línea / inserción Caudalímetros ultrasónicos:desplazamiento no invasivos / invasivos Caudalímetros mecánicos: positivo, turbinas Caudalímetros másicos por coriolis Otras tecnologías: vórtex, dispersión térmica, placa orifcio, etc.

Caudalímetros para tuberías semillenas y canales abiertos Ultrasonidos-Doppler (CW) Ultrasonidos por Correlación (Escáner) Tiempo de tránsito Otras tecnologías: canales parshall, vertederos normalizados, etc. ETSEIB 17/12/10 Instrumentació Instrumentaci ó i mesura de flui fluids ds

 

Caudalí udalíme metros tros - Introdu ntroducción cción La medici medici ón directa de caudal volumétrico se

realiza calculando el tiempo que tardamos en llenar un volumen conocido. 100

El caudal también es el volumen que fluye a través de un área conocida por unidad de tiempo. Ej. caudalímetros de ruedas ovaladas

50

0

Q volumen v tiempo t =

 

=

Medición de ca caudal udal ind irecto

Q = vmedia * A

[m3 [m

/s]

Otras tecnologías permiten calcular el caudal Q midiendo la velocidad media y la sección secc ión mojada mojada A  A..

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Caudalí udalíme metros tros - Introdu ntroducción cción

Métodos indirectos usando la velocidad media La velocidad en un canal abierto no está uniformemente distribuida. distribuida. Para calcular el

v

caudal Q utilizamos velocidad media multiplicándola multiplicándol a por ellaárea m mojada. ojada.

vn v2

Para calcular el área mojada debemos de conocer exactamente la geometría del canal y la altura de la lámina. lám ina.

vL

También deberemos saber si existen depósitos asentados en el canal.

v1 v Suelo del canal

v = velocidad media

Q = v A A = area mojada ETSEIB 17/12/10 Instrumentació Instrumentaci ó i mesura de flui fluids ds

 

Caudalí udalíme metros trosVelocidades - Introdu ntroducción cción de caudal bajas dan lugar a flujos laminares. Esto se representa mediante un cauda caudall estratificad estratificadoo donde la lass capas de agua no se mezclan unas con otras. Debido a la rugosidad, la velocidad del caudal en las paredes es 0. En tuberías llenas la velocidad máxima se encuentra en el medio de la tubería.

?

El flujo transitorio es la mezcla entre flujos laminares y turbulentos. Este estado se caracteriza por tener un perfil de velocidades inestable y cambiante. El aumento de la velocidad del caudal conduce a flujos turbulentos. Cuando es turbulento diferentes capas agua sey el mezclan.elLaflujo rugosidad de laslas paredes tienen pocade influencia perfil de velocidades es uniforme. El número de Reynolds nos ayudará a saber en que condiciones nos encontramos (Re = v d / cine cinematic matic viscosit viscosity). y). El número de Reynolsd crítico para líquidos está alrededor de 2300. Por encima de este valor las condicones son turbulentas.

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Caudalí udalíme metros tros - Introdu ntroducción cción 1. Pe Perfil rfil de velocidades velocidades (sección) (sección) de una tubería ideal sin rugosidad:

2. Pe Perfil rfil de velocidades velocidades (sección) (sección) de una tuberí tubería a con la rugosidad usual usual del hormigón :

Vmiddle

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Vmiddle

Vmiddle

 

Caudalí udalíme metros tros - Introdu ntroducción cción Forma del perfil de velocidad (sección transversal) transversal) de una una tube tuberías rías con rug rugosidad osidad normal variando la altura y aumentando la velocidad Nivel h part 1/3

DN vorticity only, no flow profile shaping

whirl band going down, increasing flow profile shaping

minimum whirl band, good flow profile shaping

Forma del perfil de velocidad (sección transversal) transversal) Con el mismo nivel de agua variando la rugosida Nivel hpart < 1/3 DN poca rugosidad

strong flow profile shaping, small whirl band

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rugosidad media

low flow profile shaping, medium whirl band

rugosidad alta

almost no flow profile shaping, broad whirl band

 

Caudalí udalíme metros tros - Introdu ntroducción cción

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Caudalí udalíme metros tros - Introdu ntroducción cción Perfiles de Caudal

º

Caudal Ca udal después despu és de un codo cod o de 90

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Caudalí udalíme metros tros - Introdu ntroducción cción

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Caudalí udalíme metros tros - Introdu ntroducción cción Al final este caudal en la mente m ente de nuestros clientes es: Dinero / unidad tiempo Energía / unidad tiempo Recursos / unidad tiempo Eficiencia

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Caudalí udalíme metros tros - Introdu ntroducción cción Preguntas fundamentales para definir un caudalímetro: - ran rango go ddee cau caudal dal - flu fluido ido a med medir  ir licación (diámetro de la geometría ap aplicación la tubería, forma y tamaño del colector o canal - tra tramos mos rec rectos tos - exacti exactitud tud requ requeri erida da - pr pres esió ión n - temp tempera eratur turaa - zon zonaa segura / zzona ona pel peligro igrosa sa - comunicación: 44-20 -20 mA, buses de comunicación, eetc. tc.

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Caudalí audalímetro metross ttubería uberíass lllenas lenas Caudalímetros electromagnéticos: electromagnéticos: en línea / inserción Caudalímetros ultrasónicos: no invasivos / invasivos Caudalímetros vórtex másicos por Coriolis Caudalímetros Caudalímetros mecánicos: desplazamiento positivo, turbinas Principio de funcionamiento Ventajas / Desventajas Aplicaciones

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Caudalímetros electromagnéticos

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Caudalíme udalímetros tros ele electromagné ctromagnéticos ticos - Principio de medición La ley de Faraday de inducción es la base de la medición de los caudalímetros electromagnéticos  Cua Cuando ndo un co conducto nductorr se mueve de dentro ntro de un ccampo ampo magnético se genera gene ra un vol voltaje taje e en n este cond conductor uctor

e=KxBxLxV mantenida constante por la B es la fuerza del campo magnético (inducción), mantenida construcción, L es la longitud del conductor (distancia entre electrodos), K es una constante de escala (depende de la sección del sensor). El voltaje inducido e  en este punto, es proporcional la la velocidad V y por lo tanto al caudal Q.

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Q = cost. x e

 

Caudalí Ca udalímetros metros electromagnéticos electromagnéticos - Principi Principio o de medición

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Caudalímetros electromagnéticos

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Caudalí Ca udalímetros metros electromagnéticos electromagnéticos - general general Diámetro: Exactitud: Material cuerpo:

DN3 DN2000 / DN8000 (inserción) +/- 0,2 % v.m. o +/- 4% v.m. (típicos) Acero al carbono (pintado RAL6028); AISI304 o AISI316 opcional

Recubr Recu brim imien iento to in inte tern rno: o: Electrodos:

Po Polilipr prop opile ileno no;; PT PTFE FE;; Ebo Ebonit nitaa AISI316L; Hastelloy; Tántalo; Platino; (2 o 3)

Conexión : Presión: Versión: Protección:

Brida (UNI, DIN, ANSI, etc.) PN10, PN16, PN40, etc. compacta; separada IP67 / IP68

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Caudalí Ca udalímetros metros electromagnéticos - innova inno vacion ciones es Caudalímetros Ca udalímetros electrom agnético s a baterías + GP GPRS RS

no requieren alimentación externa externa (ej. no requieren placas solares) vida baterías entre 3-10 años comunicación vía vía GPRS: la información se envía vía email a una cuenta de correo electrónico (.csv)

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Caudalí udalímetros metros electro lectromagné magnétic ticos os - Ventajas ntajas No partes móviles = muy bajo mantenimiento No se necesita filtro a la entrada (líquidos sucios) No hay pérdida de carga Medición bidireccional

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Caudalí udalímetros metros electro lectromagné magnétic ticos os - Ventajas ntajas Gran exactitud: típicamente 0,2% o 0,4% del valor medido Gran variedad de tamaños: típicamente DN3 hasta DN2000 en línea y hasta DN8000 en inserción En los caudalímetros en línea necesidad de pocos tramos rectos (típicamente 3D aguas arriba y 2D aguas abajo)

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Caudalí udalímetros metros ele electr ctromagnéticos omagnéticos - Desventa sventajas jas Se necesita cortar la tubería para su instalación En tamaños grandes >DN400 empiezan a ser difíciles de manejar a nivel de instalación. Se requiere de muchos tamaños diferentes para las diferentes aplicaciones en f(caudal), stocks caro: DN3, DN 3,DN DN20 20,D ,DN1 N150 50,D ,DN5 N500 00,, etc etc ..

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Cauda udalílíme metros tros ma magnéticos gnéticos - aplicacione plicacioness

Detecci tección ón de fuga fug as de agu agua a

Es uno de los problemas más debatidos en la actualidad, representa sin duda alguna, una de las aplicaciones más adecuada para los caudalímetros electromagnéticos alimentados alimentados con baterías.

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Cauda udalílíme metros tros ma magnéticos gnéticos - aplicacione plicacioness

Fug uga as de d e agu agua a

Estos 4 componentes compo nentes ayudan ayudan a la ge gestión stión rea reall de las fugas fu gas ETSEIB 17/12/10 Instrumentació Instrumentaci ó i mesura de flui fluids ds

 

Cauda udalílíme metros tros ma magnéticos gnéticos - aplicacione plicacioness

Fug uga as de d e agu agua a

Índice de crecimiento natural de la lass fugas fug as ocult ocultas as ETSEIB 17/12/10 Instrumentació Instrumentaci ó i mesura de flui fluids ds

 

Cauda udalílíme metros tros ma magnéticos gnéticos - aplicacione plicacioness

Sectorización: detección de fugas ETSEIB 17/12/10 Instrumentació Instrumentaci ó i mesura de flui fluids ds

 

Cauda udalílíme metros tros ma magnéticos gnéticos - aplicacione plicacioness

Estaciones de bombeo

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Cauda udalílíme metros tros ma magnéticos gnéticos - aplicacione plicacioness

Regadío: caudalímetros de inserción

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Caudalí udalímetros metros ult ultrasónic rasónicos os no invasivos

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Caudalí udalímetros metros us

Prin rincip cipio io de medició medición n

Tiempo de vuelo o tiempo de tránsito

d

1 señal en la dirección del caudal 2 señal en contra del caudal 3 diferencia de tiempos

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Caudalímetro Ca udalímetross us

Característic Características as generale generaless Tipo M2N Tipo Q3N

Tipo de transductorr  100

6500 max

M 50 25

400

Q 1000

10 10 100

= rango diámetro recomendado = posible rango de diámetros

S 5

0

200

400

600 800 Tamaño tubería mm ETSEIB 17/12/10 Instrumentació Instrumentaci ó i mesura de flui fluids ds

1000

1200

1400

1600

 

Caudalímetro Ca udalímetross us

Diámetro: Exactitud: Rango vve elocidades: Material sensores: Conexión : Versión: Protección:

Característic Características as generale generaless

DN6 DN6500 +/- 1,2 % v.m. (0,5% v.m en condiciones calibración) 1 cm/s hasta 35 m/s Acero inox clamp-on (abrazaderas) portátil / fija IP65 / IP68

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Caudalímetro Ca udalímetross us

Característic Características as generale generaless

Fluxus F/G601:

Caudalímetro portátil 2 canales (estándar) Tuberías 10-6.500 mm Datalogger  Programación muy fácil y rápida

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Caudalímetro Ca udalímetross us

Característic Características as generale generaless

Fluxus F/G7407:

Caudalímetros fijos Montaje pared o rack 1 o 2 canales Zona segura

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Caudalímetro Ca udalímetross us

Característic Características as generale generaless Fluxus F/G800:

Caudalímetros fijos para zonas peligrosas

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Cauda udalílíme metros tros us n no o iinva nvasivos sivos - ve ventaja ntajass · · · ·

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Independència del medio y la presión Muy fácil instalación Cambios en la instalación muy sencillos No altera el flujo y no hay riesgos de fugas Rango dinámico > 1 : 2000 (1 cm/s > 20 m/s)

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Cauda udalílíme metros tros us n no o iinva nvasivos sivos - ve ventaja ntajass ·

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No interrumpimos el proceso para realizar la instalación y/o mantenimiento Con sólo 2 modelos de sensores cubrimos toda la gama de tuberías (stock/repuestos) Gran ahorro en tuberías de gran diámetro Medición en 2 tuberías al mismo tiempo

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Caudalí udalímetros metros us no inva invasivo sivoss - dev deve entaja ntajass ·

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Tramos rectos requeridos: típicamente 10D aguas arriba y 5 aguas abajo, dependiendo de la alteración del flujo Precio para diámetros pequeños (>DN300) No es posible medir en tuberías de hormigón (única excepción)

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Cauda udalílíme metros tros us no iinva nvasivos sivos - aplicacione plicacioness Verificación de caudal: - bom omb bas - vá válv lvul ulas as - cau cauda dalílímetr metros os - di dimens mensio ionad nados os

Foto:   DN1400

Tubería ac. Carbono

Canal Isabel II ETSEIB 17/12/10 Instrumentació Instrumentaci ó i mesura de flui fluids ds

Agua residual

 

Cauda udalílíme metros tros us no iinva nvasivos sivos - aplicacione plicacioness

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Caudalí udalíme metros tros us no in inva vasivos sivos - aplicacione plicacioness Medición de caudal: - Des Desala alador doras as - Irr Irrig igaci ación ón - Agua Aguass resi residual duales es - Agua Aguass ppotab otables les

DN400 Tubería fibra de vidrio Agua salada

Desaladora Tordera UTE FCC Pridesa Cadagua ETSEIB 17/12/10 Instrumentació Instrumentaci ó i mesura de flui fluids ds

 

Caudalí udalíme metros tros us no in inva vasivos sivos - aplicacione plicacioness

Entrada Depuradora Depuradora de Olot: DN800 ETSEIB 17/12/10 Instrumentació Instrumentaci ó i mesura de flui fluids ds

 

Caudalí udalíme metros tros us no in inva vasivos sivos - aplicacione plicacioness

Entrada depuradora depuradora Tarragona Tarragona - Aqualia

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Caudalí udalíme metros tros us no in inva vasivos sivos - aplicacione plicacioness   DN1400 a DN2600

Tuberías de fibra vidrio y acero carbono Agua de regadío

Aguas del Duero Corsan Corviám Obra de regadío en Payuelos Se instalan 25 caudalímetros caudalímetros

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Caudalí udalíme metros tros us no in inva vasivos sivos - aplicacione plicacioness Dist Di stililla latition on/F /Fra ract ctio ion n

Cr Crac acki king ng/C /Con onve vers rsio ion n

Refinery Diagram

Aplicaciones que buscamos

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Caudalí udalíme metros tros us no in inva vasivos sivos - aplicacione plicacioness

Coker feed: traceado térmico intacto

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Caudalí udalíme metros tros us no in inva vasivos sivos - aplicacione plicacioness

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Medición en Termosolares

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Medición en termosolares

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Caudalí udalíme metros tros us no in inva vasivos sivos - aplicacione plicacioness

Estaciones bombeo Sorea DN800

Hidroeléctrica Iberdrola Hidroeléctrica Iberdrola - Endesa DN1000-DN6000 Enagas agua de mar para refrigeración refrigeración

Navantia verificación circuitos en submarinos y barcos

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Caudalí udalímetros metros ul ultrasónic trasónicos os iinvasivos nvasivos

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Caudalí udalímetros metros ul ultrasónic trasónicos os iinvasivos nvasivos

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Caudalí Ca udalímetros metros ultrasónicos ult rasónicos invasivos

screw-in sensor screw-in

plug-in sensor 

for pip e installation installation from outside

for pipe installation from inside

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Caudalímetro Ca udalímetross us invasivos inv asivos Diámetro: Exactitud:

características característic as genera generales les

DN200 DN12000 +/- 0,5 % v.m. (en función del número de haces y de las condiciones hidráulicas)

Rango de velocidades: 0,1 a 20 m/s Material sensores: Acero inox Conexión : roscada Protección: IP68 Hasta 8 pares de sensores (8 haces) en una tubería

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Caudalímetro Ca udalímetross us invasivos inv asivos ·

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Ventajas

Podemos colocar haces ultrasónicos que no pasen por el centro de la tubería. Interesante cuando no tenemos tramos tram os rectos suficientes Con sólo 2 modelos de sensores cubrimos c ubrimos toda la gama de tuberías (stock/repuestos) Gran ahorro en tuberías de gran diámetro

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Caudalímetro Ca udalímetross us invasivos inv asivos · · ·

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Desventajas Desventajas

Es necesario mecanizar la tubería Les afecta la presión y la abrasión Tramos rectos requeridos: requeridos: típicamente 10D aguas arriba y 5 aguas abajo, dependiendo de la alteración del flujo La alineación alineación de los sensores es ccrítica rítica

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Caudalí Ca udalímetros metros másicos corio c oriolis lis

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Caudalí Ca udalímetros metros másicos cori coriolis olis funcionamiento ·

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Principio Principi o de

Los tubos del sensor se ponen a oscilar a su frecuencia de resonancia mediante un electroimán En los dos lados de los tubos opuestos al electroimán, se encuentran dos sensores emplazados simétricamente. Cuando fluye líquido o gas por el tubo de medida, la fuerza de Coriolis actúa sobre el mismo mism o y genera unados deflexión cuyoEste desplaza desplazamiento miento de fase es medido por los sensores. desplazamiento desplaza miento de fase es proporcional al caudal másico.

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Caudalí Ca udalímetros metros másicos cori coriolis olis funcionamiento

Principio Principi o de

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Caudalí Ca udalímetros metros másicos cori coriolis olis funcionamiento

Principio Principi o de

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Caudalí Ca udalímetros metros másicos cori coriolis olis generales

Caracte Características rísticas

Diámetro: Exactitud: Material cuerpo:

DN1,5 DN200 +/- 0,1 % del valor medido de la masa Acero inoxidable, Hstelloy

Conexión : Presión: Versión: Protección:

Brida (UNI, DIN, ANSI, etc.), rosca, etc. PN100 PN400 compacta; separada IP66 / IP67

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Caudalíme udalímetros tros másicos másicos coriolis - Aplicaciones Aplicaciones Custody Transfer facturación Líquidos Sectores:no conductivos Alimentación y bebidas Químico y farmacéutico Petróleo y gas

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Caudalímetros Ca udalímetros vórt vó rtex ex

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Caudalí Ca udalímetros metros vórtex ·

Principi rin cipio o de func funcionamiento ionamiento

Cuando un fluido (líquido, gas o vapor), con una cierta velocidad, encuentra un cuerpo dentro de la tubería, se producen unos remolinos que viajan por una corriente . denominada Pista de remolinos Karman . La frecuencia de los remolinos es proporcional a la velocidad del flujo..

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Caudalímetros Ca udalímetros vórtex vór tex

Ca Característic racterísticas as genera generales les

Diámetro: Exactitud: Material cuerpo:

DN15 DN300 vapor y gases +/- 1% ; líquidos +/-0,75% Acero inoxidable, Hstelloy

Conexión : Presión: Versión: Protección:

Brida PN10 PN100 compacta; separada IP66 / IP67

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Caudalí Ca udalímetros metros Vórtex Vórtex - Aplicaciones Medición de vapor  Medición del consumo en quemadores Monitorización Monitoriz ación de calderas Control del caudal en compresores Medición en sistemas de aire comprimido Medición de gases industriales industriales

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Caudalímetros mecánicos

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Caudalí Ca udalímetros metros mecánico mecánicoss · · ·

Principi Principio o de medición

Turbinas Ruedas ovales Desplazamiento positivo

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Caudalímetro Ca udalímetross mecánico mecánicoss · ·

Ventajas entajas

Económicos No necesitan alimentación

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Caudalímetro Ca udalímetross mecánico mecánicoss · · ·

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De Desventajas sventajas

Generan pérdidas de carga Sensibles a la suciedad y sobrecaudales Para velocidades muy bajas pueden marcar cero o tener un gran error  Limitación en cuanto a tamaño (DN200-DN300)

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Otros Caudalímetros · · · · ·

Presión diferencial Área variable V-cone Dispersión térmica Etc.

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Fin primera parte Caudalímetros tuberías llenas