Medidores de Caudal-Boquillas

 

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PA PANAMÁ NAMÁ SEDE PRINCIPAL FACULTAD DE INGENIERÍA INDUSTRIAL MECÁNICA DE FLUIDOS II

TRABAJO DE INVESTIGACIÓN MEDIDORES

PROFESOR BENIGNO VARGAS

GRUPO 1MI-131

INTEGRANTES BARRÍA HENRY 8-856-6 GIRÓN MAREYLIS 6-15-1!5" HENRÍ#UE$ JOS% - &8-!&3 P%RE$ 'ARINA -&8-(53 #UINTERO OMAIRA 6-15-15""

FECHA DE ENTREGA 18)11)!&15

 

MEDIDORES DE TEMPERAT TEMPERATURA URA

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Termóm rmómet etro ross d de e vid vidri rio o El prin princi cipi pio o de func funcio iona nami mien ento to de esto estoss term termóm ómet etro ross se ba basa sa en la propiedad que tienen los líquidos de dilatarse al aumentar la temperatura a la cual están expuestos. Uno de los líquidos mas utilizados es el mercurio.

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Termóm rmómet etro ross bime bimetá tálilico coss El principio principio de operaci operación ón de operac operación ión de estos termóm termómetros etros se basa en la diferencia entre los coeficientes de dilatación de los metales. El elemento sensor está formado por dos metales laminados conjuntamente los cuales, al calentarse, se doblan debido a la expansión diferencial de los mismos. eneralmente las partes externas del medidor son de acero inoxidable, el cual tiene una buena resistencia a la corrosión. El ran!o aproximado de uso esttá en es enttre los "# "#$% $% &' a los ($$ $$% % &' &',, aunqu unque e pu pued ede en ob obtten ener erse se term termóm ómet etro ross bime bimetá tálilico coss espe especi cial ales es pa para ra ser ser usad usados os )a )ast sta a *% *%% % &' aproximadamente.

 

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+istemas de llllena nad do Estos termómetros están basados en el principio de la expansión cubica de un líquido, !as o en la variación de la presión de vapor de un líquido. El sistem sis tema a usu usualm alment ente e con consis siste te en un element elemento o sens sensiti itivo vo de tempera temperatur tura a -bulbo, un elemento sensitivo a la presión o a los cambios de presión -bou -b ourd rdon on,, fuel fuelle le o diaf diafra ra!m !ma a,, un me medi dio o de cone conexi xión ón en entr tre e los los do doss elementos anteriores -tubo capilar / un dispositivo para indicar o re!istrar  la temperatura medida.

  0ctuados por líquidos   0ctuados por vapor    0ctuados por !as   0ctuados por mercurio •

Termóm rmómet etro ross d de e res resis iste tenc ncia ia

 

En los termómetros de resistencia el alambre metálico va enrollado sobre unas un as lá lámi mina nass de mi mica ca o so sobr bre e un una a va vari rilllla a de ce cerá rámi mica ca,, co colo loca cand ndo o el conjunto en el interior de un tubo resistente al calor / a la corrosión. Esta clase de termómetros )a sido sustituida por los que emplean cuarzo como material de soporte por cuanto este tiene tambi1n excelentes propiedades aislantes / es resistente a la temperatura / al ataque de !ran cantidad de sustancias químicas.

El co cond nduct uctor or de la resis resiste tenc ncia ia no pu pued ede e es esta tarr fo form rmad ado o po porr cualq cualqui uier  er  material, se requiere que ten!a ciertas características que !aranticen alta sensibilidad, precisión, facilidad en el proceso de fabricación / rapidez de respuesta. 2ic)as características son      •

 0lto coeficiente de temperatura a la resistencia.  0lta resistividad. 3elación lineal resistencia"temperatura. 3i!idez / ductilidad. Estabilidad de las características durante la vida 4til del material

Termistores Están Está n !e !ene neral ralme ment nte e com compu puest estos os de ma mate teri rial ales es sem semic icon ondu duct ctor ores es / la ma/oría de ellos tienen un coeficiente de temperatura alto con resistencia ne!ativa, es decir, su resistencia disminu/e al aumentar la temperatura.  0plicaciones 5edición de temperatura utilizando un medidor en un 6uente de 7)ea 7) eats tsto tone ne,, se pu puede eden n ob obte tene nerr me medi dici cion ones es ba bast stan ante te exac exacta tas, s, esttando es ando es esttas limi limita tada dass po porr la ma/ a/or oríía de los casos asos por por el instrumento indicador. Tambi1n puede utilizarse este sistema para mediciones a distancia. 'ompensación de medidores tambi1n se encuentran aplicaciones en los instrumentos de medición, en los cuales la temperatura puede cambia cam biarr las car caract acterí erísti sticas cas de sus com compon ponent entes8 es8 por eje ejempl mplo, o, la

 

resistencia el1ctrica de la bobina de un !alvanómetro puede variar  con la temperatura, restrin!iendo su uso a temperaturas elevadas 'ontroll de temper 'ontro temperatu atura ra dis dispon ponien iendo do de un termis termistor tor cu/ cu/a a curv curva a resist res istenc encia" ia"tem temper peratu atura ra sea con conoci ocida, da, / de un resist resistor or variabl variable e cali calibr brad ado o en temp temper erat atur ura, a, pu pued ede e dise dise9a 9ars rse e un sist sistem ema a para para mantener mante ner temperatura consta constante. nte. En la fi!ura al coloca colocarr el resistor a una temperatura dada, se produce un desbalance el puente, la corriente producida alimenta a un amplificador el cualenact4a sobre un rel1 que permite una acción de control )asta que el termistor censa la temperatura deseada / balancea nuevamente el puente.

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Termocuplas Usos típicos en las industrias

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:a :ass term termoc ocup upla lass tipo tipo ; se usa usan n pr prin inci cipa palm lmen ente te en la ind indus ustr tria ia del plástico, !oma-%%D'. 0 esas temperatu temperaturas ras los objetos sólid sólidos os irradian irradian suficiente ener!ía en la zona visible para la medición+eóptica a partir del llamado fenómeno del color depermitir incandescencia. basan en la de desa sapar paric ició ión n del del fifila lame ment nto o de un una a lá lámp mpar ara a al co comp mpara ararl rla a visualmente con la ima!en del objeto enfocado. Estos instrumentos son mu/ empleados tanto en el laboratorio como en aplicaciones industriales para medir temperaturas superiores a >?% >? % &' &'.. :a :ass ap aplilica caci cion ones es in indu dust stria riale less dep depen ende den n de la pr prec ecis isió ión n dese de sead ada a en la medi medici ción ón de te temp mper erat atura ura de ob obje jeto toss re remo moto toss e inaccesibles. 'uando no pueden emplearse otros sistemas, estos pirómetros son mu/ 4tiles en la medición de temperatura de metales / vi vidri drios os fu fundi ndido doss de dent ntro ro de )or )orno nos, s, as asíí com como o te tempe mpera ratu tura rass de superficies o de filamentos incandescentes.

Estos instrumentos presentan la ventaja de ser portátiles / fáciles de operar / de adquirir, pero tienen la desventaja de no poder  usarse para control automático. 6irómetros de radiación miden la temperatura del cuerpo captando una !ran parte de la radiación emitida por el mismo. :a teoría de los pirómetros se basa en el )ec)o de que todos los cuerpos arriba del cero absoluto de temperatura irradian ener!ía, de lo cual parten para medir la temperatura de los cuerpos. :a radiación es un modo de propa!ación de la ener!ía a trav1s del vacío, de forma análo!a a la luz. 6irómetros radiactivos :os pirómetros pirómetros de radiación radiación se fundam fundamentan entan en la le/ de +tefa +tefan" n" Boltzman que dice que la ener!ía radiante emitida por la superficie de un cu cuerp erpo o ne ne!ro !ro au aumen menta ta pr prop oporc orcio iona nalm lmen ente te a la cuart cuarta a po pote tenci ncia a de la temperatura absoluta del cuerpo, es decir 7  FGT  2onde 7 -potencia emitida flujo radiante por unidad de área, F const constant ante e de +t +tefa efan"Bo n"Boltz ltzman man -cu/o -cu/o va valor lor es * *.?> .?> # #%"H %"H 7ImJG 7ImJG@ @ / T temperatura en @elvin

 

Estos pirómetros pirómetros están calibr calibrados ados para dar una lectur lectura a correcta correcta cuando se enfocan enfoca n sobre un Kcuerpo ne!roL ne!roL.. :a ma/orí ma/oría a de los )ornos / calent calentadores adores indust ind ustria riales les están están lo suf sufici icient enteme emente nte cerr cerrados ados par para a apro aproxi ximars marse e a las co condi ndici cion ones es de Kcu Kcuer erpo po ne ne!ro !roL. L. :o :oss pir piróm ómet etro ross de rad radia iaci ción ón pu pued eden en utilizarse para medir la temperatura de objetos calentados fuera de recintos, tales como placas de acero / otros metales8 estos forman una capa de óxido que los )ace suficientemente opacos para que su poder emisor sea bastante cercano al de un Kcuerpo ne!roL. +in embar!o, pueden ocurrir  !randes errores en aquellos materiales de superficie limpia, tales como aluminio, níquel, acero inoxidable / latón, los cuales, debido a su bajo coeficiente de emisión reflejan un !ran porcentaje de ener!ía procedente de otras fuentes.

 

MEDIDORES DE PRESIÓN P*+,./   :a presión se define como fuerza ejercida sobre una superficie por unidad de área. En in!eniería, el t1rmino presión se restrin!e !eneralmente a la fuerza ejercida por  un fluido por unidad de área de la superficie que lo encierra. 2e esta manera, la presión -6 de una fuerza -C distribuida sobre un área -0, se define como

Existen muc)as razones por las cuales en un determinado proceso se debe medir  presión. Entre estas se tienen 'alidad del producto, la cual frecuentemente depende de ciertas presiones que se deben mantener en un proceso.  6or se!uridad, como por ejemplo, en recipientes presurizados donde la presión no debe exceder un valor máximo dado por las especificaciones del dise9o. En aplicaciones de medición de nivel.  En aplicaciones de medición de flujo.    

En el sistema Mnternacional de Unidades, la unidad de medida de presión es el 6ascal -6a, que se define como la fuerza ejercida por un NeOton -N sobre un área de un metro cuadrado -m $. P sea, 6a  NIm $. Esta es una unidad de presión mu/ peque9a, pero el Qilo pascal -@6a, #.%%% 6a, permite expresar fácilmente los ran!os de presión com4nmente más usados en la industria petrolera. Ptras de las unidades utilizadas son el @ilo!ramo por centímetro cuadrado -@!.Icm $8 libras por  pul!ada cuadrada -6si8 bar, / otros.

CLASES DE PRESIÓN  

P*+,./ A0,24

 

6resión absoluta es la presión medida con referencia al vacío perfecto o a la presión  0bsoluta equivalente a cero. 6absoluta  6manom1trica ( 6atmosf1rica

 

P*+,./ A4,7*9

6resión atmosf1rica es la ejercida por la atmósfera de la tierra, tal como se mide normalmente por medio del barómetro. 0l nivel del mar el valor de la presión es cercano a #=,> psi ->?% mm R!, disminu/endo estos valores con la altitud.  

P*+,./ M/4*9

6resión manom1trica es la presión superior a la atmosf1rica.

 

P*+,./ D7+*+/92

6resión diferencial es la diferencia entre dos presiones.

 

V9:

Sacío se refiere a la presión diferencial medida por medio de un elemento que define la diferencia entre la presión desconocida inferior a la atmosf1rica / la presión atmosf1rica existente.

APLICACIONES DE LAS MEDICIONES DE PRESIÓN En conjunto con la temperatura / el flujo, las mediciones de presión se emplean en la industria de proceso o de manufactura, en el laboratorio / en otros campos de acción tales como la neumática, en compresores e instalaciones de bombas, el campo de la química para el control de procesos, mediciones en tanques, el aeroespacial, el sector de la fabricación, en procesos de presión de aire, en el sector de la industria de plástico, la comprobación de recaladas de válvulas -p1rdida de presión de aire antes / despu1s,aviación / embarcaciones marítimas. :as razones para medir la presión son mu/ diversas, por lo !eneral, una o más de las que se describen a continuación son las que constitu/en el motivo para la medición /Io control automático, de la presión mantenimiento de condiciones se!uras de operación, la optimización / control de procesos, el ámbito de la investi!ación / el desarrollo entre otros.

 

M%TODOS DE MEDICIÓN DE PRESIÓN +e dispone de una !ran variedad de dispositivos para la medición de la presión, en la lass sec secci cion ones es si si!u !uie ient ntes es se est estud udia ian n lo loss má máss util utiliz izad ados os en la in indu dust stri ria, a, )aciendo referencia a sus características, ventajas, desventajas / aplicaciones.

T* T*/,;94*+, /,;94*+, +9+/4=,  2ebido a que los cambios de capacitancia son mu/ peque9os puede producir distorsión.   0lta impedancia de salida.  5u/ sensibles a variaciones de temperatura. :ass de desv sven enta taja jass an ante teri rior ores es se elim elimin inan an con con dise dise9o 9oss avan avanza zado doss de  :a acondicionamiento de se9al.  Necesita balance resistivo / capacitivo.  :os elementos receptores pueden ser complejos

A?299/+, +e utiliza para la medición de variables tales como desplazamiento, posición, flujo, nivel, vibración, presión absoluta, manom1trica / diferencial / sonido. +e usa además en !ases secos, limpios / corrosivos.

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6iezoel1ctrico +i se coloca un crista cristall piezoel1ct piezoel1ctrico rico entre dos placas que )acen las veces de electrodos / se aplica una fuerza a las placas, se produce un esfuerzo /, por ende, una deformación. En ciertos cristales, esta deformación producirá una diferencia de potencial en su superficie8 a este efecto se le denomina efecto piezoel1ctrico. :a car!a inducida sobre el cristal es proporcional a la fuerza aplicada / está dada por V  dGC

 

donde V  'ar!a el1ctrica inducida C  Cuerza aplicada d  'onstante piezoel1ctrica El voltaje de salida del cristal está dado por E%  +eG)G6 donde E%  Soltaje de salida diferencial en volt +e  +ensibilidad de voltaje del transductor  +e  dIW en -voltImetroI-neOtonImetro cuadrado )  2istancia entre placas en metro 6  6resión aplicada neOton por metro cuadrado Ɛ  6ermitividad del material entre placas

V+/4=,   0lta salida -# a A% mSI+e.   0lta respuesta de frecuencia.  Es auto!enerado.  6eque9o tama9o.  'ambio de fase despreciable.  'onstrucción robusta.  Ppera en un amplio ran!o de temperatura.  5ediciones dinámicas / estáticas.  3esponde a niveles altos de c)oque. D+,>+/4=,      

5u/ sensible a cambios de temperatura.  0lta impedancia de salida. Usualmente requiere un amplificador de tensión a la salida. 5u/ sensible a otro sentido de aceleración. 'ables lar!os !eneran ruido /Io armónicos.

A?299/+,

 

+e utiliza para la medición de variables tales como fuerza, presión, nivel, flujo, desplazamiento, vibración / aceleración.

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6iezoresistivo -+train a!e. El anál anális isis is de esf esfue uerzo rzoss est está á re rela laci cion onado ado co con n la dete determ rmin inac ació ión n de la distribución de esfuerzos en materiales de varias formas / bajo diferentes condiciones de car!a. El análisis experimental de esfuerzos se lleva a cabo midi midien endo do la de defo form rmac ació ión n de la piez pieza a ba bajo jo car! car!a, a, pa para ra allí allí infe inferi rirr los los esfuerzos locales. :a medición de la deformación es solamente una faceta de todo el problema, /a que el trabajo analítico que se debe aplicar a los datos experimentales para poder determinar los esfuerzos locales es de i!ual importancia.  :e/ de RooQe 3obe 3o bert rt Ro RooQ oQe e esta establ blec eció ió en #? #?>H >H la re rela laci ción ón qu que e exis existe te en entr tre e las las deformaciones en los/ el cuerpos sometidos a tensiones compresión, flexión alar!amiento -deformación demecánicas un material.-tracción, +e puede medir el alar!amiento total por medio de un aparato de medida mecánico / )allar, a partir de estos valores, el alar!amiento por unidad de lon!itud llamado deformación normal / representada por ε = ∆:I : donde ∆:  0lar!amiento total

:  :on!itud patrón 'uando se aumenta !radualmente la car!a se mide el alar!amiento de la lon!itud patrón para cada incremento, conociendo el área ori!inal de la se secc cció ión n tr trans ansve versa rsall pu pued ede e ob obte tene ners rse e la te tens nsió ión n no norm rmal al o me mecá cáni nica, ca, representada por σ, para cada valor, utilizando la relación σ = 6

0

2onde 6  'ar!a / 0  rea de la sección transversal transversa l

 

MEDIDORES DE VELOCIDAD En la actu actual alid idad )a )a// muc) muque c)os osnoinst inconocemos stru rume ment ntos os pero de medi me dici ción ón realidad pa para ra velo ve/loci cida d, instrumentos deadmedición que en endad, la actualidad son utilizados para determinar la velocidad / que cada tipo de medición utiliza diferentes m1todos, materiales / procesos.  0l!unos de estos tipos de medición son medición de presión en fluidos en movimientos, sonda pitot de presión estática, anemometría t1rmica, anemometría doppler, velocimetria de partícula de ima!en / selección de m1todos para la medición de velocidad. 'ada tipo de medición cuenta con un procedimiento diferente, al!unos son fáciles de ut utililiz izar ar o al al!u !uno noss so son n com compl plic icad ados, os, en oc ocas asio ione ness util utiliz izan an mate materi rial al mu mu// sofisticado como un softOare para captar las se9ales, al!4n tipo de láser, o simplemente se de llevan a cabo en laboratorios / pueden ser mu/ caros llevar a cabo estos tipos medición.  0l!unos otros procedimientos pueden ser utilizados por !ente com4n, como lo son el velocímetro que es utilizado para medir la rapidez de al!una pelota de b1isbol, o de al!4n ju!ador8 tambi1n es utilizado por los policías de tránsito para medir la velocidad que lleva al!4n automóvil. 2ependiendo del tipo de velocidad que se desee medir se utilizara un m1todo conveniente, porque para medir la velocidad va desde con un solo aparato que lo podría usar cualquier persona, )asta la medición de la velocidad por el cambio de transferencia de calor de un fluido o tambi1n por una disipación de ima!en de partículas atreves de un láser que solo los científicos saben utilizar este m1todo. 6or lo tanto es conveniente saber los diferentes tipos de medición que )a/ para la velocidad por que en al!unos campos se utiliza un m1todo de medición diferente. 5E2M'MPN 2E 63E+MPN EN C:UM2P+ EN 5PSM5MENTP 6ara 6a ra el mo movi vimi mien ento to de flui fluido doss supo supond ndre remo moss flui fluido doss inco incomp mpre resi sibl bles es,, consideraremos dos variables velocidad / presión Necesitaremos dos ecuaciones para describir el movimiento de los fluidos bajo las condiciones comentadas anteriormente Ecuación de continuidad -conservación de la masa. o Ecuación de Bernoulli -conservación de la ener!ía. o Ecuación de 'ontinuidad Ecuación de continuidad / conservación de la masa.

 

5asa que entra o sale en un intervalo de tiempo dt 6ara líquidos, se tiene que X#  X$.

6odemos observar que si 0 aumenta ⇒ v disminu/e.

E'U0'MPN 2E BE3NPUM::M :a ecuación de Bernoulli solo vale para fluidos perfectos, es decir, fluidos sin viscosidad. Ejemplo de la ecuación de Bernoulli en un conducto )orizontal / de sección constante.

Entre los sistemas que se utilizan para medir velocidades se encuentran  

El tubo de Pitot

+e utiliza muc)o para medir la velocidad del viento en aparatos a1reos / para cuantificar las velocidades de aire / !ases en aplicaciones industriales. 5ide la velocidad velocidad en un punto dado de la corriente de flujo, no la media de la velocidad del viento. Tambi1n pueden ser utilizados para medir el flujo a trav1s el mismo principio En este al!unos en la misma sección debásico. la tubería con caso, el fin se derequieren obtener el valor tubos de la velocidad del fluido en varios puntos de la presión dinámica medida. El tubo de 6itot promedio -o 0nnubars es una variación del tubo de 6itot que mide simultáneamente la velocidad del fluido a los =, ? u H puntos / calcula la media entre ellos. :as fórmulas para calcular el flujo usando tubos de 6itot son los si!uientes

 

6ara fluidos compresibles, donde S es la velocidad del flujo, 0p. es la diferencia en presiones dinámicas, X es la densidad del fluido, p, / es la presión estática / Q es la constante para compresión adiabática -es decir, la relación entre las capacidades caloríficas Específico ' p / ' v.

 T  Tubo ubo de Pitot Pitot en aviones

M

 Tubo  T ubo de Pito Pitot t6i promedio +on +onda da pitot  :as ondas pitot pitot tambi1 bi1n nndtl llama llamadas das tub tubos d de era 6itot tot /ular  llas as  (o Annubars) so sond ndas asdedepitot pito pi tot t está esssonda táti ticas cass de -t -tubo ubos s --tam de 6ra 6randt l se util ut iliz iza aos pa para calc calcul ar  la presió presión n total total,, tambi1n tambi1n denomi denominada nada presió presión n de estanca est ancamie miento nto,, presión presión rema remanen nente te o pre presió sión n de rema remans nso o -s -sum uma a de la pr pres esió ión n es está táttica ica / de la presión dinámica.

:o inventó el in!eniero franc1s Renri 6itot en #>A$. :o modifi mod ificó có Renr/ Renr/ 2arc/ 2arc/,, en #H* #H*H. H. +e utiliz utiliza a muc) muc)o o para para medir la velocidad del viento en aparatos a1reos / para cuantificar las velocidades de aire / !ases en aplicaciones industriales. Una consiste enque un mide tubo con un orificio de borde redondeado en elsonda punto de pitot estancamiento la presión de estancamiento Una sonda de pitot estática tiene el tubo con orificio de borde para la medici med ición ón de pres presión ión de estanca estancamie miento nto / ade además más tie tiene ne var varios ios ori orific ficios ios ubicados a lo lar!o de una circunferencia en la superficie exterior para medir la presión estática  

 

 0demas el tubo de pitot estática esta conectado a un medidor de presión diferencial   6or lo que la velocidad de flujo se puede determinar por la si!uiente ecuación 2 ( P1− P2) V =

√

MM

 ρ

+istema p piitot"e "est stá ática Un si sist stem ema a pito pitot" t"est estát átic ica a es un sist sistem ema a de se senso nsore ress e in inst stru rume ment ntos os se sens nsib ible less a la pre presi sión ón qu que e se util utiliz iza a pr prin inci cipa palm lment ente e en avia aviaci ción ón pa para ra determinar determ inar la velocidad de una aeronave aeronave con relació relación n al aire, la altitu altitud d / la variación variac ión de altitud. altitud. 6or norma !eneral un sistema de este tipo consiste en un tubo pitot, que capta la presión total, un puerto de estáti estática ca que capta la presión estática. :os errores en las lecturas de este sistema pueden ser  extremadamente peli!rosos, /a que de la velocidad aerodinámica depende la sustentación.

Diagrama del sistema pitot

 

 Anemómetro  Anemóm etro

Un anemómetro un aparato a medir velocidad del viento que incideessobre 1l. +i eldestinado anemómetro estálafijo colocadorelativa en tierra, entonces medirá la velocidad del viento reinante, pero si está colocado en un ob obje jeto to en mo movi vimi mien ento to,, puede puede ser servi virr para para ap apre reci ciar ar la vel veloc ocida idad d de movimiento relativo del objeto con respecto el viento en calma. Tambi1n es un instrumento para medir la velocidad de circulación de un fluido !aseoso, en especial del viento.  0simismo es uno de los instrumentos de vuelo básico en el vuelo de aeronaves más pesadas que el aire. En meteorolo!ía, meteorolo!ía, se usan principalmente principalmente los anemó anemómetros metros de cazolet cazoletas as o de molinete, especie de diminuto molino de tres aspas con cazoletas sobre las cuales act4a la fuerza del viento8 el n4mero de vueltas puede ser leído direc directa tamen mente te en un con conta tado dorr o re re!is !istr trad ado o sob sobre re un una a ban banda da de pap papel el -anemo!rama, en cu/o caso el aparato se denomina anemó!rafo. 0unque tambi1n los )a/ de tipo electrónicos.

 

6ara medir los cambios repentinos de la velocidad del viento, especialmente en las turbulencias, turbulencias, se recurre al anemómetro anemómetro de fila filamento mento calient caliente, e, que consis consiste te en un )ilo de platino o níquel calentado el1ctricamente la acción del viento tiene por  efecto enfriarlo / )ace variar así su resistencia8 por consi!uiente, la corriente que atraviesa el )ilo es proporcional a la velocidad del viento. funcionde funcion de Transferencia ransferencia : v

(  )

m =49.9 × U ( V ) + 0,23 s

2onde U velocidad del viento Y S velocidad de impulso de salida o  0nemometria termica 5iden la velocidad de los fluidos mediante la detección de los cambios en la transf tra nsfere erencia ncia de cal calor or de un peq peque9o ue9o sen sensor sor cal calent entado ado el1ctr el1ctrica icamen mente te -)i -)ilo lo caliente al colocarlo en el flujo. 5ide el coeficiente de transferencia de calor por  convención, el cual depende de la velocidad del viento. :os sistemas de anemometría t1rmica por )ilo caliente de T+M son fáciles de usar, / tienen una respuesta de alta frecuencia, que los )ace ideales para el estudio de turbulencias. 'aracterísticas / beneficios "5edidas de cambios rápidos en la velocidad de flujo "0mplia variedad de sondas / !eometrías El principio clave del funcionamiento de este tipo se sensores de medida es beneficiarse de la linealidad del aumento de resistencia de al!unos materiales con la temperatura. :a idea es calentar una resistencia a una temperatura constante, esta resistencia, al exponerla a un flujo de aire se enfriara disipando calor )acia ese flujo de aire8 para mantener la temperatura de la resistencia constante se debe aumentar el voltaje in/ectado. racias a la respuesta lineal del material usado para la constru construcción cción de la resist resistencia encia se puede, tras una calibraci calibración ón de la misma, traduc tra ducir ir esa difere diferenci ncia a de voltaj voltaje e in/ in/ect ectado ado en un valor valor de tempera temperatur tura. a. :os mate ma teri rial ales es mas mas util utiliz izad ados os para para la cons constr truc ucci ción ón de esto estoss sens sensor ores es son son el Tun!steno, el 6latino / una aleación de 6latino"Mridio El anemómetro nos permite monitorizar dos se9ales de velocidad, /a que dispone de dos canales, / tambi1n la temperatura de flujo a trav1s del módulo del termopar. :as mediciones se realizan con una sola sonda, colocada en el lu!ar de inter1s dentro del flujo a caracterizar, la cual esta conectada al anemómetro, cu/o softOare captura / !raba datos que pueden ser procesados utilizando t1cnicas de análisis de se9ales -por ejemplo, la transformada de Courier. :a se9al de salida -vel -veloc ocid idad ad o tens tensió ión n se pu pued ede e ob obse serv rvar ar cont contin inua uame ment nte e a tr trav av1s 1s de un osciloscopio.

 

Anemómetro Anemómetro

 

Anemómetros de cazoletas

Correntómetros

El medidor de corriente -velocímetro es un instrumento apto a medir la velocidad de corrientes en el mar, en los ríos, arro/os, estuarios, puertos, modelos físicos en laboratorio, etc.. Existen al!unos modelos que además re!istran su dirección, profundidad e inclinación respecto de la vertical, temperatura de a!ua de mar, presión / conductividad. +u modalidad de re!istro puede ser papeleta inscriptora, cinta ma!n1tica o memoria de estado sólido. El mol moline inete te )idrom )idrom1tr 1trico ico es utiliz utilizado ado par para a realiza realizarr medicio mediciones nes de peque9 peque9a a / !randes velocidades en cursos de a!ua con caudales !randes / peque9os, en canale can ales, s, tub tubos os a pre presió sión, n, con a!uas a!uas lim limpia pias, s, tur turbias bias o sal salmast mastras. ras. Ese est está á constituido por un cuerpo fijo de forma )idrodinámica / por una )1lice cu/o movimiento es de extrema sensibilidad

En versión di!ital, una extensión nodal cuando ranurada entre un diodo luz la / un fotorreceptor. El pulso producido la rota ranura se alinea conemisor el :E2de/

 

el fototransistor es ruteado al indicador de di!ital de caudal -5odelo ##%%, el cual los convierte en una lectura directa de velocidad de corriente. 'ualquiera de los dos tipos se puede suspender desde un puente o un bote usando un cable de suspensión con una pesa !uía8 o puede ser montado en una barra de !uata en arro/os poco profundos, diques o sistemas de a!uas residuales.

 

Velocimetría

Selocimetría imá!enes de partículas -6MS es una t1cnica de medición no intrusiva lá láse serr óp óptitico co pa para ra la in inve vest sti! i!aci ación ón / el dia!n dia!nóst óstic ico o de lo loss pr proc oceso esoss de flfluj ujo, o, turbulencia, microfluidos, atomización de pulverización / combustión. +tan +tandar dard d 6MS 6MS mi mide de do doss co comp mpon onen ente tess de la veloc velocid idad ad en un plan plano o -$ -$2$ 2$' ' utilizando una sola cámara ''2 o '5P+. 6MS est1reo mide tres componentes de la velocidad en un plano -$2A' utilizando dos cámaras. Selocimetría volum1trico -tambi1n -tambi 1n conocido como A2 6MS o tomo!ráfica tomo!ráfica 6MS mide tres componentes componentes de la velocidad en un volumen -AdAc utilizando dos o más cámaras. Tiempo resuelto 6MS seimá!enes beneficiade de6MS los avances en la tecnolo!ía '5P+ dede la cámara para obtener de alta resolución en velocidades cuadro de )asta $* ?%% fps -foto!ramas por se!undo con resolución de la cámara. T1cnicas relacionadas con las mediciones de campos de flujo son partículas +e!uimiento Selocimetría -6TS, se!uimiento de características / de funciones 6MS. 5icro6MS se utiliza para estudios de flujo en microcanales en dispositivos lab" on"a"')ip Selocimetría Selocime tría por imá!e imá!enes nes de partí partículas culas m1todo que permite permite la obtención de un campo vectorial de velocidad de un flujo en un instante en el tiempo.

 

Laser Doppler 

Selocimetría 2oppler láser - :2S  , tambi1n conocido como anemometría láser  2oppler -:20 , es la t1cnica de usar el desplazamiento 2oppler en un )az de láser para medir la velocidad de los flujos de fluidos transparentes o semi" transparentes , o el movimiento lineal o vibratoria de opaco , lo que refleja , la medición surfaces.T)e con :20 es absoluto / lineal con velocidad / no requiere pre " calibración En su forma más simple / más utilizado actualmente, :2S cruza dos )aces de luz láser colimado , monocromática , co)erente / en el flujo del fluido que se está midiendo midie ndo . :os dos )aces se obtie obtienen nen !eneralmente !eneralmente media mediante nte el fracci fraccionami onamiento ento de un solo )az , por lo tanto ase!urar la co)erencia entre los dos. :os láseres con lon! lo n!it itud udes es de on onda da en el es espe pect ctro ro vi visi sibl ble e - A% a >*% nm  se ut utililiz iza an com4nmente 8 estos son típicamente Re"Ne , ion ar!ón , o diodo láser , lo que permite permit e el paso del )az debe ser respetado. Una óptica de transmisión transmisión centra las vi!as para cruzarse en la cintura - el punto focal de un ra/o láser  , en los que interfieren / !eneran un conjunto deen franjas rectas partículas -/a sea de ori!en natural o inducido arrastrado el pase fluido. 'omo a trav1s de las franjas , que reflejan la luz que se reco!e a continuación por una óptica que reciben / se centró en un fotodetector -típicamente un fotodiodo de avalanc)a  . muestra la velocidad del viento detectando cuánta luz de un ra/o láser )a sido reflejada reflej ada por las partí partículas culas que )a/ en el aire. 0sí el ra/o láser es disper dispersado sado por  las mol1culas de aire / lue!o conducido de nuevo al aparato, el que mide la variación de la frecuencia, que es proporcional a la velocidad del aire.

 

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 0paratos 0c4sticos 0c4sticos

+u función es convertir en ener!ía sonora cualquier otra clase de ener!ía / vice vi ceve versa rsa,, o bien bien am ampl plifific icar ar la en ener! er!ía ía so sonor nora a /a exi exist stent ente. e. 0l! l!uno unoss de lo loss instru ins trumen mentos tos que se pue pueden den cla clasif sifica icarr como como apa aparat ratos os ac4 ac4sti sticos cos son son Sar arill illas as vibrantes act4an como emisores8 frotando una varilla en forma paralela a su eje se obtienen vibraciones lon!itudinales, así como por percusión perpendicular al eje se obtienen vibraciones transversales El dispositivo dispositivo ac4stico de lar!o alcance es un arma ac4sti ac4stica ca defin definida ida como Karma no letalL, 6rincipalmente tiene dos usos la emisión de mensajes / la emisión de sonidos dolorosos. +e usa en situaciones de !uerra / para el control de afluencias de personas. El 5M ?$%# 5ultinorm es instrumento de portátil multifunción paraun laa medi me dici ción ón de pa pará ráme metr tros osunmi micr croc oclilimá mátitico cos, s, mano sono sonoro ros s / lumi lu/mino noso sos, s, / es una )errami )err amient enta a de val valor or inc incalc alcula ulable ble para para mon monito itoriz rizar ar / eva evalua luarr las con condic dicione ioness ambientales en interiores conforme a las normativas nacionales / europeas. CUN'MPNE+ 2E 5E2M'MZN Temperatura del aire. Selocidad Selocid ad del aire. 'audal de aire. Rumedad relativa.

 

MEDIDORES DE CAUDALES O*79 Una placa orificio es una restricción con una abertura más peque9a que el diámetro de la ca9ería en la que está inserta. :a placa orificio típica presenta un orificio conc1ntrico, de bordes a!udos. 2ebido a la menor sección, la velocidad del fluido aumenta, causando la correspondiente disminución de la presión. El caudal puede calcularse a partir de la medición de la caída de presión en la placa orificio, 6#"6A. :a placa orificio es el sensor de caudal más com4nmente utilizado, pero presenta una presión no recuperable mu/ !rande, debido a la turbulencia alrededor de la placa, ocasionando un alto consumo de ener!ía.

• Es una forma sencilla de medir caudal -es una c)apa precisamente a!ujereada. • Es importante diferenciar entre una medición de proceso / una medición fiscal.  • En ciertos casos, cuando circula !as se utiliza un transmisor multivariable.  • +uelen requerir arre!los de pipin! específicos para poder cumplimentar con sus importantes requisitos de tramos rectos. Tipos de orificios •

orificio conc1ntrica

 

En la industria el uso de placas orificio es re!ido por la norma M+P"*#?>. 2os tipos de placa orificio, con oreja de identificación / sin ella. +u uso es con líquidos / en al!unos casos líquidos con !ases. •

6laca exc1ntrica

Exc1ntrico respecto al diámetro exterior / tan!encial al diámetro de la tubería. Usado en placas para fluidos con dos fases vapor )4medo, líquidos que contienen sólidos en suspensión, aceites que contienen a!ua, etc. •

6laca se!mentada

+e!mento de circunferencia como orificio, / el diámetro es del H[ del diámetro interior de la tubería. Usado en flujos de !ases o líquidos que contienen sólidos / evita que se acumulen estos sedimentos. 2os tipos +e!mento fijo / se!mento ajustable.  0plicaciones +e utiliza como transmisor de diferencia de presión para la medición del flujo de !ases a!resivos / no a!resivos, vapores / líquido. B:0 $%% 'ámara anular  \ 6laca de orificio +e utiliza como transmisor de diferencia de presión para medición de flujo de !ases a!resivos / no a!resivos, vapores / líquidos.  +e emplean para diri!ir el c)orro líquido. Boquillas

+e llama boquillas a todos los tubos adicionales de peque9a lon!itud constituidos por piezas tubulares adaptadas a los orificios. +u lon!itud debe estar comprendida entre #,* / tres A,% veces su diámetro de un modo !eneral, / para lon!itudes ma/ores, se consideran lon!itudes de #,* a A,% 2 boquillas8 A,% a *%% 2 tubos mu/ cortos8 *%% a =%%% 2 -aproximadamente tuberías cortas8 arriba de =%%% 2 tuberías lar!as. Es un dispositivo que mide el !asto del fluido, es decir, la cantidad de flujo por  unidad de tiempo, a partir de una diferencia de presión que existe entre el lu!ar  por donde entra la corriente / el punto de mínima sección del tubo, en donde su parte anc)a act4a como difusor. Es una contracción !radual de la corriente de flujo se!uida de una sección cilíndrica, recta / corta como se ilustra en la fi!. A. a. 2ebido a la contracción !radual / lisa, en una boquilla de flujo, )a/ mu/ poca perdida de ener!ía entre los puntos # / $.

 

+e clasifican en   " " Exteriores

Boquillas Mnteriores

Boquillas " " 2iver!entes

cilíndricas -Entrantes cónicas 'onver!entes

BO#UILLAS CILÍNDRICAS Tambi1n denominadas boquillas patrón boquilla cu/a lon!itud i!uala $,* veces su diámetro o boquilla d de e borda boquilla interior de lon!it lon!itud ud patrón. +u comportamiento es similar al de un orificio de pared !ruesa. 0quellas, a su vez, están divididas en interiores / exteriores. En las boquillas interiores -o de Borda la contracción de la vena ocurre en el interior, no necesariamente el c)orro se ad)iere a las paredes / presenta un coeficiente de descar!a que oscila alrededor de %.*#. 6ara el caso de boquillas cilíndricas externas con la vena ad)erida a las paredes se tiene un coeficiente de descar!a de %.H$

BO#UILLAS CILÍNDRICAS INTERIORES @ENTRANTES +ea una boquilla cilíndrica entrante adaptada a un orificio situado en la pared de un recipiente de !randes dimensiones, / la elevación de la superficie libre, con respe res pect cto o al ce cent ntro ro de !r !rave aveda dad d de dell ori orififici cio. o. +i la lo lon! n!ititud ud de la bo boqu quililla la es sufi sufici cien ente te -c -cua uand ndo o me meno noss una una / me medi dia a vece vecess el diám diámet etro ro.. de dell or orifific icio io, , la contracción de la vena es se!uida de una expansión / la boquilla descar!a a sección plana.

 

BO#UILLA CILÍNDRICA ETERIOR +i la lon!itud de la boquilla es suficiente -cuando menos una / media veces el diámetro. del orificio, la contracción de la vena es se!uida de una expansión / la boquilla descar!a a sección plena.

BO#UILLA DE FLUJO CÓNICO 'on las boquillas cónicas se aumenta el caudal. :as boquillas diver!entes con la peque9a sección inicial conver!ente, conforme muestra la Ci!ura, se denominan Senturi. :as experiencias de Senturi demuestran que un án!ulo de diver!encia de *&, combinado con la lon!itud del tubo i!ual a cerca de nueve veces el diámetro de la sección estran!ulada, permite los más altos coeficientes de descar!a.

 

BO#UILLA CÓNICA DIVERGENTE 'onsiderar una boquilla aplicada a la pared de un recipiente, / constituida por una conver!encia conver!e ncia corta -para !uiar la contracción contracción de la vena a la entrad entrada a se!uida de una diver!encia de án!ulo bastante peque9o, para que los peque9os tubos de

 

corriente no se separen / de manera tal que no se presente una zona muerta en la que ocurren las turbulencias. +i además, el tubo está bien pulido, las p1rdidas son mu/ peque9as la velocidad de salida es mu/ cercana a la teórica

Esto aparentemente aparentemente permite concluir que media mediante nte un simpl simple e alar!am alar!amiento iento de la boqu bo quililla la -com -como o lo indi indica ca el tra razo zo disc discon onttinuo inuo, , se po podr dríía inc ncre reme ment ntar  ar  indefinidamente el !asto, para una car!a dada ). / la misma sección en el cuello 7%. :o qu que e re real alme ment nte e ocur ocurre re es que que al pr prol olon on!a !arr la boqu boquililla la,, la velo veloci cida dad d U% aumenta, la presión p% disminu/e /, a partir de un cierto momento, se produce el fenómeno de cavitación. En ese instante, el fluido deja de ser )omo!1neo / dejan de ser aplicables las fórmulas establecidas bajo la )ipótesis de un líquido )omo!1neo. 6ara evitar con se!uridad la cavitación, la presión absoluta media en la sección 7% no debe ser menor que la equivalente a aproximadamente = ó * metros de a!ua8 es decir, que el vacío no debe exceder a ? o * metros.

BO#UILLA CÓNICA CONVERGENTE :a pura conver!encia de los peque9os tubos de corriente no implica p1rdidas apreciables8 pero si la boquilla tiene aristas de entrada vivas, la vena liquida experimenta una contracción inicial )asta adquirir la sección ]^, posteriormente se expande )asta llenar la sección de la boquilla8 finalmente, despu1s de )aber  pasado la sección de salida, contin4a contra/1ndose )asta adquirir la sección ]^^.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LAS BO#UILLAS Sentajas

 

permanente, ente, que la produc producida ida por del diafra!ma diafra!ma /  5enor p1rdida de car!a perman la tobera de flujo, !racias a los conos de entrada / salida.  5edición de caudales superiores a un ?%[ a los obtenidos por el diafra!ma para la misma presión diferencial e i!ual diámetro de tubería.  Cacilidad para la medición de flujo de líquidos con sólidos en suspensión. 2esventajas  :a desventaja es que no están disponibles, para tuberías con diámetros menores a ? pul!adas.

APLICACIONES En la Mndustria 0utomotriz en el carburador del carro, el uso de 1ste se pude observar en lo que es la 0limentación de 'ombustible. Ridráulica :a depresión !enerada en un estrec)amiento al aumentar la velocidad dell flflui de uido do,, se ut utililiz iza a fr frec ecue uent ntem emen ente te para para la fa fabri bricac cación ión de má máqu quin inas as que proporcionan aditivos en una conducción )idráulica. Es mu/ frecuente la utilización de este efecto _Senturi_.  0eronáutica 0unque el efecto Sent Senturi uri se utiliza frecuentemente para explicar la sustentación producida en alas de aviones el efecto Senturi por sí solo no es sufici suf icient ente e para exp explic licar ar la sustent sustentaci ación ón a1rea. a1rea. En la sust sustent entaci ación ón intervi intervienen enen además el principio de Bernoulli en virtud del cual el aire adquiere ma/or velocidad al pasar por la re!ión más convexa del ala de un avión. 0demás, se utiliza este tubo para proveer succión a los instrumentos que trabajan con vacío, en los aviones que no están provistos de bombas mecánicas de vacío.  0!rícola Existen diversas cate!orías de boquillas con sus diferentes variaciones que son recomendadas para las aplicaciones de los pla!uicidas a!rícolas, las cuales pueden proporcionar diversas cantidades de flujo, tama9os de !otas / distribución de la aspersión  EJEMPLOS DE CÁLCULOS PARA BO#UILLAS :as me :as medi dici cio one ness se rea eallizan izan ba bajo jo el pr priinci ncipio pio de K6 K6re resi sión ón dif difer eren enci cial alLL +e debe comprender que en cualquier tubería que circula un fluido, cuando la velocidad aumenta, la presión disminu/e / al aumentar la presión la velocidad disminu/e.

 

 En estos instrumentos de medición se aplica la ecuación de continuidad / la ecuación que !obierna es la ecuación de Bernoulli. 0 pesar que la ecuación de Bernoulli se aplica sobre fluidos incompresibles /, en !ases o fluidos compresibles es la primera le/ de la termodinámica, esta 4ltima se puede escribir de manera similar a la ec. de Bernoulli en ciertas condiciones.  -Ecuación de Bernoulli  -:a ecuación de continuidad

+e a!re!a el coeficiente de ajuste o descar!a, que se obtiene experimentalmente / depende de donde se ubiquen la toma de presión.

 EJEMPLO NUM%RICO Encuentre la rapidez de flujo de volumen de a!ua que sale del tanque que se presenta en la fi!ura. fi!ura. El tanque esta sellado / tiene tiene una presión de #=%@pa. #=%@pa. Ra/ una perdida de ener!ía de $,= m mientras el a!ua flu/e por la boquilla.

 

T0 V+/4*  El tubo Senturi es similar a la placa orificio, pero está dise9ado para eliminar la separación de capas próximas a los bordes / por lo tanto producir arrastre. El cambio en la sección transversal produce un cambio de presión entre la sección conver!ente / la !ar!anta, permitiendo conocer el caudal a partir de esta caída de presión. 0unque es más caro que una placa orificio, el tubo Senturi tiene una caída de presión no recuperable muc)o menor. El medidor Senturi es uno de los dispositivos más precisos para medir el !asto en tuberías / tiene la desventaja de tener un costo elevado. 'ausa una mu/ baja p1rdida de car!a /, con las precauciones debidas, se puede usar para líquidos con determinadas concentraciones de sólidos. En la fi!ura si!uiente se muestran las partes que inte!ran el e l medidor. El tubo Senturi Senturi se compone de tres secciones, como se muestra en la fi!ura #. Entrada $. ar!anta A. +alida :a sección de entrada tiene un diámetro inicial i!ual al diámetro de la tubería / una sección cónica conver!ente que termina con un diámetro i!ual al de la !ar!anta la salida consiste en una sección cónica diver!ente que conclu/e con el diámetro de la tubería.

 

 0plicación • +e utiliza cuando es importante limitar la caída de presión. •

'onsiste en un estrec)amiento !radual cónico / una descar!a con salida tambi1n suave.

•

+e usa para fluidos sucios / li!eramente contaminados.

•

+e utiliza para tasas de _turn doOn_ -relación entre el máximo / el mínimo caudal, ej. =#  altas, como la de las líneas de vapor.

•

El alto coste restrin!e su utilización.

C; El codo produce un cambio de dirección en el flujo del fluido en una ca9ería, !enerando una presión diferencial, resultante de la fuerza centrífu!a. 2ado que en las plantas de procesos se dispone de codos, el costo de estos medidores es mu/ bajo. +in embar!o la exactitud es mu/ pobre

C; *4