medidores de flujo

REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACIÓN UNIVERSITARIA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL RAFAEL MARÍA BARALT PROGRAMA: INGENIERIA Y TECNOLOGÌA PROYECTO: INGENIERIA EN GAS CIUDAD OJEDA. EDO-ZULIA

Ciudad Ojeda; Agosto del 2011

Índice 

Introducción 1. Medidores volumétricos 1.1. Instrumentos de presión diferencial 1.2. Elementos de presión diferencial 1.3. Tubo pitot 1.4. Tubo annubar 1.5. Tubo ventur 1.6. Tobera 1.7. Cuña 1.8. V-cone 1.9. Transmisores de fuelle y de diagrama. 1.10. Integrados 2. Área variable 2.1. Rotámetros 3. Velocidad 3.1. Turbinas 3.2. Transductores ultrasónicos: tiempo de transito y efecto doppler 4. Tensión inducida 4.1. Medidor magnético de caudal 5. Desplazamiento positivo 5.1. Medidor de disco oscilante 5.2. Medidor de piston oscilante 5.3. Medidor de piston alternativo 5.4. Medidor de aspa rotatoria 5.5. Medidor rotativo 5.6. Medidor de paredes deformables 5.7. Accesorios 6. Torbellino y vortex 7. Oscilante 8. Medidores de caudal de masa 8.1. Compensación de variaciones de densidad del fluido en medidores volumétricos 9. Medición directa del caudal masa 9.1. Medidores térmicos del caudal 9.2. Medidores de coriolis 10. Comparación de características de los medidores de caudal

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Introducción La medición de flujo es uno de los aspectos mas importantes en la instrumentación y control de procesos; de hecho, bien puede ser la variable mas comúnmente medida. Existen muchos métodos confiables y precisos para medir flujo. Algunos son aplicables solamente a líquidos, otros solamente a gases y vapores; y otros a ambos. El fluido puede ser limpio o ‘’sucio’’ seco o húmedo, erosivo o corrosivo. Las condiciones de procesos tales como presión, temperatura, viscosidad y densidad pueden variar. Todos estos factores afectan la medición y deben ser tomados en cuenta al momento de seleccionar los medidores de flujo. Es necesario por lo tanto, conocer el principio de operación y características de fundamentos de los diferentes medidores de flujo disponibles. Sin tal conocimiento, es difícil seleccionar el medidor mas apropiado para una determinada aplicación. De acuerdo con al principio de operación, los medidores de flujo pueden ser agrupados de la siguiente manera: -

Medidores de flujo diferenciales (head meters) Medidores de desplazamiento positivo Medidores de área variable Medidores volumétricos Medidores de flujo másico

Existen factores que pueden afectar un flujo de un fluido a través de una tubería, los cuales normalmente son: velocidad, fricción del fluido en contacto con la tubería, viscosidad del fluido, la densidad (gravedad especifica), temperatura y presión. Un fluido en una tubería se puede mover de acuerdo a un patrón de flujo determinado, dependiendo en alto grado, de su velocidad. Estos patrones de flujo se conocen como ‘’laminar’’ y ‘’turbulento’’. El flujo laminar es referido, algunas veces, como un flujo viscoso que se distingue por que las moléculas del fluido siguen trayectorias paralelas cuando el fluido se mueve a través de la tubería. El flujo turbulento por otra parte, se caracteriza por patrones erráticos debido a que la turbulencia crea remolinos que mueven las moléculas del fluido a lo largo de trayectorias irregulares. El termino de velocidad cuando se aplica a un flujo de fluidos en tuberías, se refiere a la velocidad promedio del mismo fluido. La fricción de la tubería reduce la velocidad del fluido, por lo tanto, se considera un factor negativo. Debido a esta fricción, la velocidad del fluido es menor cerca de la pared que en el centro de la tubería, mientras mas lisa es la tubería, menor es el efecto de la fricción sobre la velocidad del fluido.

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Otro factor que afecta la velocidad del fluido es la viscosidad, la cual es una medida cuantitativa de la tendencia del flujo a resistir la deformación. Los flujos que fluyen libremente tienen viscosidades bajas, los fluidos que parecen resistir a fluir libremente, tienen viscosidades altas. Algunos medidores de flujo se calibran para un valor de la viscosidad del fluido que pasa por el medidor. Si la viscosidad cambia, también lo hace el factor de calibración, afectando la exactitud de la medición. Otros medidores de flujo, como los medidores que utilizan el principio diferencial, tienen limitaciones de viscosidad. Esto se debe a que encima de ciertos valores los factores de flujo que intervienen en la ecuación del medidor, ya no pueden ser considerados constantes. La viscosidad de un liquido depende principalmente de su temperatura y en menor grado de su presión. Los medidores de flujo de tipo diferenciales son los mas comúnmente utilizados ya que estos miden el flujo de un fluido indirectamente, creando y midiendo una presión diferencial por medio de una obstrucción de flujo. El principio de operación se basa en medir la caída de presión que se produce a través de una restricción que se coloca en la línea de un fluido en movimiento, esta caída de presión es proporcional al flujo la proporcionalidad es una relación de raíz cuadrada, en la cual es flujo es proporcional a la raíz cuadrada de un diferencial de presión. Esta relación hace que la medición de flujos menores del 30% de flujos máximos, no sea practica debido a la perdida de presión.

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Medidores de flujo En la mayor parte de la operaciones realizadas en los procesos industriales y en la efectuadas en laboratorios y en plantas pilotos, es muy importante la medición de lo caudales de líquidos o de gases. Existen varios métodos para medir el caudal según sea el tipo de caudal volumétrico o másico deseado. Entre los transductores mas importantes figuran: 1. Medidores volumétricos Los medidores volumétricos determinan el caudal en volumen de fluido, bien sea directamente (desplazamiento), bien indirectamente por deducción (presión diferencial, área variable, velocidad, fuerza, tensión inducida, torbellino). La medida de caudal volumétrico en la industria se efectúa principalmente con elementos que dan lugar a una presión diferencial al paso del fluido. Para determinar el elemento primario proporcional a la velocidad del fluido, se utiliza la ecuación: Q = AV Donde: Q: tasa de flujo A: área transversal de la tubería V: velocidad del fluido Puede observase que la señal generada es lineal con respecto al flujo volumétrico. Lo medidores de tipo volumétrico son menos sensibles a las variaciones en el perfil de velocidad del fluido, cuando se les compara con medidores de tipo diferencial. Debido a que existe una relación lineal con respecto al flujo, no existe una relación de raíz cuadrada, lo cual explica su mayor relación de flujo máximo a flujo mínimo.

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1.1.

Instrumentos de presión diferencial

Los medidores de flujo de tipo diferenciales son los mas comúnmente utilizados ya que estos miden el flujo de un fluido indirectamente, creando y midiendo una presión diferencial por medio de una obstrucción de flujo. El principio de operación se basa en medir la caída de presión que se produce a través de una restricción que se coloca en la línea de un fluido en movimiento, esta caída de presión es proporcional al flujo la proporcionalidad es una relación de raíz cuadrada, en la cual es flujo es proporcional a la raíz cuadrada de un diferencial de presión. Esta relación hace que la medición de flujos menores del 30% de flujos máximos, no sea practica debido a la perdida de presión. Los medidores de flujo de tipo diferencial generalmente están constituidos por dos componentes: el elemento primario y el elemento secundario. Es el elemento primario es el dispositivo que se coloca en la tubería para obstruir el flujo y generar una caída de presión; el elemento primario se calcula y se selecciona de acuerdo al fluido y las características del proceso. El elemento secundario mide la caída de presión y proporciona una indicación o señal de transmisión a una sistema de indicación o control. La formula de caudal obtenida con los elementos de presión diferencial se basa en la aplicación del teorema de Bernouilli (altura cinética + altura de presión + altura potencial = cte.) a una tubería horizontal.

Fig. 1 – teorema de Bernouilli

Si, Pa, Pc y Va, Vc; son las presiones absolutas y velocidades a la zona anterior a la placa el fluido llena todo el conducto y en la vena contraída respectivamente, y Sa, Sc son las secciones correspondientes resulta:

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Siendo

la densidad (masa por unidad de volumen) del fluido, habiendo

supuesto que obtiene:

no varia en toda la longitud estudiada de la vena. De aquí se

Fig. 2- presión diferencial creada por la placa-orificio.

Y llamando:

d= diámetro de orificio en m D= diámetro anterior de la tubería en aguas arriba, en m

Y llamando β a la reacción de diámetros β = d/D, resulta:

Y llamando E =

coeficiente de velocidad de acercamiento, resulta

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Y el caudal en volumen será

Y el caudal en peso

Expresando d en m; h, pa y pc en pascal y en kg/m3; siendo k una constante, d el diámetro del orificio y h la presión diferencial producida por el elemento. Las formulas anteriores son aproximadas. En la practica se consideran factores de corrección que tienen en cuenta el reparto desigual de velocidades, la contracción de la vena del fluido, las rigurosidades de la tubería, el estado del liquido, del gas, del vapor, etc.

1.2.

Elementos de presión diferencial o Placa orificio: La placa de orificio consiste en una placa perforada que se instala en la tubería, el orificio que posee es una abertura cilíndrica o prismática a través de la cual fluye el fluido. El orificio es normalizado, la característica de este borde es que el chorro que éste genera no toca en su salida de nuevo la pared del orificio.

Fig. 3 – disposición de las tomas de presión diferencial Ciudad Ojeda; Agosto del 2011

Tipos de placa Orificios 1. La excéntrica: para los gases 2. La concéntrica: sirve para líquidos 3. La segmentada: cuando los fluidos contienen un alto porcentaje de gases disueltos

Placas de orificios segméntales En este tipo de placas, el orificio está constituido por un segmento de círculo y es montada en forma tal, q la parte circular del segmento coincida con la superficie inferior del tubo. Este tipo es apropiado para flujos de gases, líquidos que contienen muchos sólidos porque previene la Acumulación de sólidos En el lado de la entrada.

Placa Orificio tipo excéntrica Estas placas son usadas en ciertas aplicaciones donde el uso de orificios concéntricos seria imposible debido a la acumulación de material en el lado de la corriente arriba de la placa. Preferiblemente se usan para flujos de gases donde el cambio de presión implica condensación cuando los fluidos contienen un alto porcentaje de gases disueltos. Estas placas su mucho mas precisas comparadas con las segmentadas. Especificaciones de instalación de placa de orificio excéntrico Los orificios excéntricos deben ser centrados cuidadosamente. Ciudad Ojeda; Agosto del 2011

La pared del tubo y las juntas no deben cubrir ninguna parte del orificio. Las bridas deben ser instaladas de manera que las conexiones de presión estén en el lado del tubo. Con gases o líquidos que contengan sólidos en suspensión, la placa debe ser instalada de manera que la abertura esté en el fondo del tubo.

Boquilla de Flujo La boquilla de flujo, es el elemento primario del instrumento de flujo, colocado en el punto de medición con objeto de crear una reducción de presión diferencial relacionada al flujo. Especificaciones de instalación de Boquilla de Flujo. Debe ser instalada en una sección de tubería entre las bridas para permitir su inserción y remoción. Utilicen se empaquetaduras en las bridas de la boquilla, asegurándose de que no se extiendan dentro de la tubería.

1.3.

Tubo venturi

El Tubo de Venturi fue creado por el físico e inventor italiano Giovanni Battista Venturi (1.746 – 1.822). Fue profesor en Módena y Pavía. En Paris y Berna, ciudades donde vivió mucho tiempo, estudió cuestiones teóricas relacionadas con el calor, óptica e hidráulica. En este último campo fue que descubrió el tubo que lleva su nombre. Según él este era un dispositivo para medir el gasto de un fluido, es decir, la cantidad de flujo por unidad de tiempo, a partir de una diferencia de presión entre el lugar por donde entra la corriente y el punto, calibrable, de mínima sección del tubo, en donde su parte ancha final actúa como difusor. Ciudad Ojeda; Agosto del 2011

Este dispositivo es utilizado para calcular la velocidad de un fluido, también es usado para aumentar la velocidad del fluido y disminuir su presión, ya que mientras mayor sea la velocidad menor será la presión.

El efecto Venturi se explica por el Principio de Bernoulli y el principio de continuidad de masa. Si el caudal de un fluido es constante pero la sección disminuye, necesariamente la velocidad aumenta tras atravesar esta sección. Por el teorema de la conservación de la energía mecánica, si la energía cinética aumenta, la energía determinada por el valor de la presión disminuye forzosamente.

Este elemento primario de medida se inserta en la tubería como un tramo de la misma, se instala en todo tipo de tuberías mediante bridas de conexión adecuadas. El Venturi tiene una sección de entrada de diámetro igual al diámetro de conducción de la tubería a la cual se conecta. La sección de entrada conduce hacia un cono de convergencia angular fija, terminando en una garganta de un diámetro más reducido, se fabrica exactamente según las dimensiones que establece su cálculo, la garganta se comunica con un cono de salida o de descarga con divergencia angular fija, cuyo diámetro final es habitualmente igual al de entrada. La sección de entrada está provista de tomas de presión que acaban en un record anular, cuyo fin es el de uniformar la presión de entrada. Es en este punto donde se conecta a la toma de alta presión del transmisor la conexión de la toma de baja presión se realiza en la garganta mediante un dispositivo similar, la diferencia entre ambas presiones sirve para realizar la Ciudad Ojeda; Agosto del 2011

determinación del caudal. El tubo Venturi se fabrica con materiales diversos según la aplicación de destino, el material más empleado es acero al carbono, también se utiliza el latón, bronce, acero inoxidable, cemento, y revestimientos de elastómeros para paliar los efectos de la corrosión.

El tubo Venturi ofrece

ventajas con respecto a otros captadores, como son:  Menor pérdida de carga permanente, que la producida por del diafragma y la tobera de flujo, gracias a los conos de entrada y salida.  Medición de caudales superiores a un 60% a los obtenidos por el diafragma para la misma presión diferencial e igual diámetro de tubería.  El Venturi requiere un tramo recto de entrada más corto que otros elementos primarios.  Facilidad para la medición de flujo de líquidos con sólidos en suspensión.

Su diseño consiste en una sección recta de entrada del mismo diámetro que la tubería, ahí se conecta la toma de alta presión, después contiene una sección cónica convergente que va disminuyendo poco a poco y transversalmente la corriente del fluido, se aumenta la velocidad al disminuir la presión, el diseño además consiste de una garganta cilíndrica, se coloca ahí la toma de baja presión, en esta área el flujo no aumenta ni disminuye, el tubo venturi termina con un cono divergente de recuperación, aquí la velocidad disminuye y se recupera la presión, recupera hasta un 98% de presión para una relación beta del 0.75.

Es importante conocer la relación que existe entre los distintos diámetros que tiene el tubo, ya que dependiendo de los mismos es que se va a obtener la presión deseada a la entrada y a la salida del mismo para que pueda cumplir la función para la cual está construido.

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Esta relación de diámetros y distancias es la base para realizar los cálculos para la construcción de un Tubo de Venturi y con los conocimientos del caudal que se desee pasar por él.

Funcionamiento de un tubo de Venturi.

En el Tubo de Venturi el flujo desde la tubería principal en la sección 1 se hace acelerar a través de la sección angosta llamada garganta, donde disminuye la presión del fluido. Después se expande el flujo a través de la porción divergente al mismo diámetro que la tubería principal. En la pared de la tubería en la sección 1 y en la pared de la garganta, a la cual llamaremos sección 2, se encuentran ubicados ramificadores de presión. Estos ramificadores de presión se encuentran unidos a los dos lados de un manómetro diferencial de tal forma que la deflexión h es una indicación de la diferencia de presión p1 – p2. Por supuesto, pueden utilizarse otros tipos de medidores de presión diferencial.

Aplicaciones del tubo Venturi En la Industria Automotriz: En el carburador del carro, el uso de éste se pude observar en lo que es la Alimentación de Combustible. El Efecto Venturi en el carburador consiste en hacer pasar una corriente de aire a gran velocidad, provocada por el descenso del pistón por una cantidad de gasolina que está alimentando por un cuba formándose una masa gaseosa. La riqueza de la gasolina depende del diámetro del surtidor. En el área de la Limpieza: Este tubo también tiene otras aplicaciones como para la limpieza. El aire urbano normal transporta alrededor de 0.0006 granos de materia suspendida por pie cúbico (1.37 mg/m3), lo que constituye un límite práctico para la mayor parte de la limpieza de gases industriales; La cantidad de polvo en el aire normal en las plantas de fabricación con frecuencia es tan elevada como 0.002 g/pie3 (4.58 mg/m3). La cantidad de polvo en el gas de alto horno, después de pasar por el primer captador de polvos es del orden de 10 g/pie3 (22.9 g/m3), al igual que el gas crudo caliente de gasógeno. Todas las Ciudad Ojeda; Agosto del 2011

cifras de contenido de polvos se basan en volúmenes de aire a 60º F y 1 atm (15.6º C y 101000 N/m2 ). Aparatos de limpieza: La eliminación de la materia suspendida se realiza mediante lavadores dinámicos de rocío. Métodos de captación de la energía eólica: La captación de energía eólica puede dividirse en dos maneras: Captación directa: La energía se extrae por medio de superficies directamente en contacto con el viento, por ejemplo, molinos de viento y velas. Captación indirecta: Interviene en este caso un elemento intermedio para su captación, por ejemplo la superficie del mar. La captación indirecta utiliza ya sea máquinas del tipo precedente asociadas a órganos estáticos o bien órganos enteramente estáticos, o bien un fluido intermediario. Sombrero Venturi: El aire caliente, que sale por el conducto principal, es arrastrado por el aire frío que ingresa por la parte inferior cuando "choca" contra la tubería produciéndose el efecto de vacío en el extremo del conducto, esta acción logra que este sombrero tenga un alto índice de efectividad, proporcional a la velocidad del viento funcionando en forma óptima con la más leve brisa. El Tubo de Venturi es un dispositivo, el cual puede ser utilizado en muchas aplicaciones tecnológicas y aplicaciones de la vida diaria, en donde conociendo su funcionamiento y su principio de operación se puede entender de una manera más clara la forma en que este nos puede ayudar para solventar o solucionar problemas o situaciones con las cuales nos topamos diariamente. Para un Ingeniero es importante tener este tipo de conocimientos previos, ya que como por ejemplo con la ayuda de un Tubo de Venturi se pueden diseñar equipos para aplicaciones específicas o hacerle mejoras a equipos ya construidos y que estén siendo utilizados por empresas, en donde se desee mejorar su capacidad de trabajo utilizando menos consumo de energía, menos espacio físico y en general muchos aspectos que le puedan disminuir pérdidas o gastos excesivos a la empresa en donde estos sean necesarios. Ciudad Ojeda; Agosto del 2011

1.4.

Tubo pitot

Henri Pitot fue el primero en medir la rapidez del agua en el río Sena utilizando un aparato de su invención que más adelante se adaptó a los aviones para medir su rapidez en al aire. El tubo de Pitot como se le llama a su invención consiste de un tubo con una abertura delantera y otras a los lados. El aire al chocar con el tubo se dispersa formando en la parte central una presión total donde el aire tiene mayor presión que en los costados. El tubo de Pitot es quizá la forma más antigua de medir la presión diferencial y también conocer la velocidad de circulación de un fluido en una tubería. Consiste en un pequeño tubo con la entrada orientada en contra del sentido de la corriente del fluido. La velocidad del fluido en la entrada del tubo se hace nula, al ser un punto de estancamiento, convirtiendo su energía cinética en energía de presión, lo que da lugar a un aumento de presión dentro del tubo de Pitot.

Los tubos de Pitot son instrumentos sencillos, económicos y disponibles en un amplio margen de tamaños. Si se utilizan adecuadamente pueden conseguirse precisiones moderadas y, aunque su uso habitual sea para la medida de la velocidad del aire, se usan también, con la ayuda de una técnica de integración, para indicar el caudal total en grandes conductos y, prácticamente, con cualquier fluido.

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Características:  Mide la velocidad en un punto.  La escasa caída de presión y bajo precio, siendo por ello una buena elección para tuberías de gran diámetro y para gases limpios.  Consiste en un tubo de pequeño diámetro que se opone al flujo, con lo que la velocidad en su extremo mojado es nula.

Funcionamiento: El orificio del tubo de Pitot toma la presión total y la conduce a la conexión (a) en la sonda de presión. La presión estática pura se toma desde una parte lateral y se conduce a la conexión (b). La presión diferencial resultante es una presión dinámica que depende de la velocidad y que es analizada e indicada. Formula: Una vez obtenido la diferencia de presiones, y calculado de la velocidad del fluido según la fórmula que utiliza el tubo de Pitot, es posible a través de la ecuación de bernoulli determinar el caudal total que pasa a través del fluido.

El tubo pitot es sencillo a las variaciones en la distribución de velocidades en la sección de las tuberías, de aquí que su empleo es esencial que el flujo sea laminar disponiéndolo en un tramo recto de la tubería. La máxima exactitud en la medida se consigue efectuando varias medidas en puntos determinados y promediando las raíces cuadradas de las velocidades medidas. Su presión es baja del orden de 1.5-4%, y se emplea normalmente para la medición de grandes caudales de fluidos limpios con una baja perdida de carga.

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1.5.

Tubo annubar

Es una innovación del tubo pitot y consta de dos tubos, el de presión total y el de presión estática. El tubo que mide la presión total esta situado a través de un diámetro transversal de la tubería y consta de varios orificios de posición critica determinada por computador, que cubren cada uno la presión total del área transversal de la tubería. Estos anillos tienen aéreas iguales. En tuberías de tamaño mayor que 1’’ se dispone en el interior del tubo otro que promedia las presiones obtenidas en los orificios. El flujo que mide la presión estática se encuentra detrás del de la presión total con su orificio en el centro de la tubería y aguas debajo de la misma. El tubo annubar es de mayor precisión que el tubo pitot, del orden del 1% tiene una baja perdida de carga y se emplea para la medida de pequeños y grandes caudales de líquidos y de gases. 1.6.

Tobera

Puede considerarse como una variación del tubo venturi. La abertura de la tobera es una restricción elíptica. Las tomas de presión se localizan aproximadamente ½ D aguas abajo y 1D aguas arriba, donde D es el diámetro de la tubería. La tobera se utiliza principalmente cuando la turbulencia es alta (Re > 50.000), tal como flujo de vapor a altas temperaturas. La caída de presión que se produce en la tobera es mayor que en el tubo venturi, pero menor que en una placa de orificio.

Fig.3 - tobera Ciudad Ojeda; Agosto del 2011

1.7.

Cuña

Reduce la presión del pasaje del fluido de la cañería a través de la inserción d un elemento (en este caso una cuña) en el pasaje de fluido. Tiene una especial restricción con en forma de V que reduce el área disponible del fluido que se desea medir, provocando una contracción del mismo y el consecuente aumenta la velocidad.

El incremento de la velocidad resulta del incremento de energía cinética del fluido y de la correspondiente reducción de su energía potencial. Aguas arriba del elemento de restricción, el fluido tiene una mayor energía potencial. El caudal volumétrico puede ser calculado directamente de esta medición diferencial. Generalmente se lo utiliza para poder determinar de fluidos bifásicos. Tiene elevados costos y la medición no es muy precisa. También se lo puede utilizar para fluidos muy pastosos, abrasivos y erosivos, fluidos con baja conductividad, fluidos viscosos y no Newtonianos.

1.8.

V- cone

Tiene como principio el funcionamiento la medición de la presión diferencial. Se utiliza para una gran variedad de fluidos. Tiene mejor exactitud y repetibilidad que otros caudalimetros de presión diferencial. Posee un cono (que se encuentra en la parte central de la cañería) de dimensiones fabricadas por el fabricante, que le permite actuar como su propio acondicionador de flujo. Este cono produce un descenso de presión que se puede medir mediante un transmisor de presión diferencial. El incremento acondiciona totalmente el fluido y lo homogeniza antes de realizar la medición.

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1.9.

Transmisores de fuelle y de diagrama

La presión diferencial creada por la placa, la tobera o el tubo venturi, puede medirse con un tubo en U de mercurio o bien, transmitirse con los instrumentos llamados convertidores diferenciales. Los transmisores de fuelle contienen dos cámaras para la alta y la baja presión. La lata presión oprime el fuelle correspondiente, arrastrando la palanca de unión, el cable y un eje exterior, cuyo movimiento actúa sobre el transductor neumático o eléctrico.

Los transmisores de diagrama se diferencia de la anterior ya que la separación de la dos cámaras se efectúa mediante diagramas, en lugar de fuelles, con lo cual el desplazamiento volumétrico es casi nulo. El cuerpo de estos transmisores suele ser de acero al carbono, acero inoxidable o aluminio, el fuelle o diagrama de acero inoxidable 316 (disponible también en monel, hastelloy C, teflón en inoxidable o kel-f en monel) y el liquido de llenado silicona.

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Las conexiones entre las tomas del diagrama y el convertidor de presión diferencial deben ser adecuadas al fluido a medir

Conexiones entre el elemento y el transmisor del caudal

Los transmisores citados utilizan, bien un transmisor neumático de equilibrio de fuerzas, bien un transductor neumático de equilibrio de fuerzas o bien un transductor de silicio difundido.

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Transmisores de caudal de presión diferencial

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1.10. Integrados Son del tipo intermitente y cuentan automáticamente el producto (caudal instantáneo X tiempo)mediante una leva gira a velocidad constante sobre la que se apoya una palanca cuya posición dependen del caudal instantáneo. El tiempo de contacto entre la palanca y la leva, hace actuar un contador mecánico o eléctrico. Hay integradores electrónicos intermitentes que disponen de una leva posicionada por la pluma del instrumento en lugar de una palanca. La leva esta situada entre las bobinas de un oscilador y excita un rele electrónico detector cuando entra en el campo de un oscilador. El rele electrónico excita a su vez el contador del instrumento.

Integrados neumáticos y electrónicos

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2. Área variable 2.1. Los rotámetros Es un medidor de caudal en tuberías de área variable, de caída de presión constante. El Rotámetro consiste de un flotador (indicador) que se mueve libremente dentro de un tubo vertical ligeramente cónico, con el extremo angosto hacia abajo. El fluido entra por la parte inferior del tubo y hace que el flotador suba hasta que el área anular entre él y la pared del tubo sea tal, que la caída de presión de este estrechamiento sea lo suficientemente para equilibrar el peso del flotador. El tubo es de vidrio y lleva grabado una escala lineal, sobre la cual la posición del flotador indica el gasto o caudal. Los rotámetros, flowmeters, del tipo área variable, son instrumentos diseñados para la medición y control de caudales, gases y líquidos. Fabricamos caudalímetros desde 1 ml/h hasta 1000000 lts/min. La unidad de lectura vendrá especificada en la unidad de preferencia del usuario (lts/h, g/min, mtr^3/h, scfh, lbm/min, scfm, etc., etc.), es decir, lectura directa de caudal. Rangos operacionales disponibles: desde 0,5 litros/h de agua (0,01 mtr^3/h de aire), para tuberías de diámetro 1/4" NPT, hasta 100000 litros/h de agua (3000 mtrs^3/h de aire) para tuberías de diámetro 4". Para diámetros de tubería mayores de 3", caudales hasta 10000000 litros/min, se usará el medidor de flujo de tipo área variable modelo "push botton". El tubo medidor del tipo pyrex, está protegido por una carcasa protectora de acero inoxidable calidad 316. EL flotador medidor se desplaza verticalmente a lo largo de una varilla guía, razón por la cual pueden ser utilizados para medir fluidos de una alta viscosidad. Rotámetros de seguridad con fabricación especial y a requerimientos específicos están disponibles. Los materiales usados son: Tubo medidor en vidrio borosilicato tipo pyrex. Conectores y partes internas en acero inoxidable 316. O-rines y empaques en teflón la longitud de la escala medidora se ofrece en variados tamaños: 230 mm, 330 mm, 100 mm, etc. La precisión es del 2% en full escala. Tipo de rotámetros 

Rotámetros de purga: para caudales muy pequeños.

 Rotámetros de vidrios: indicación directa.  Rotámetros armados: no permiten la lectura directa.  Rotámetros by-bass: se emplean conectados a las tomas de una placa orificio o diafragma.

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3. Velocidad 3.1. Turbinas Un medidor de turbina introduce en la corriente de flujo una restricción denominada cono de área o sección transversal conocida. El medidor de turbina determina la velocidad de flujo a través de esta restricción, contando las rotaciones de un rotor de turbina montado en el área abierta o garganta de la restricción. Los medidores de turbina tienen un rotor de aspa que puede girar libremente cuando el fluido lo empuja, entonces la velocidad de rotación de la turbina es proporcional a la velocidad del fluido. Para determinar el número de revoluciones de la turbina el medidor consta de un dispositivo captador que genera un impulso eléctrico cada vez que un álabe de la turbina pasa frente a él. Exactitud 1%Vm  El fluido debe ser limpio y poco abrasivo.  Sirve para líquidos y gases.  Variabilidad del rango 30:1  No se utiliza para control.  Genera una caída de presión apreciable, pero menor que la P.O

Para captar la velocidad de la turbina existen dos tipos de convertidores:  Reluctancia: La velocidad está determinada por el paso de las palas individuales de la turbina a través del campo magnético, esta variación cambia el flujo induciendo una corriente alterna en la bomba captadora.  Inductivo: El rotor lleva incorporados un imán permanente y el campo magnético giratorio que se origina produce una corriente alterna en una bobina captadora exterior.

Para estos dos convertidores el rotor de turbina genera la frecuencia la cual es proporcional al caudal, siendo del orden a 250 a 1200 ciclos por segundos para caudal máximo

Curva del medidor de turbinas

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Medidor de turbinas

3.2.

Medidores ultrasónicos: tiempo de transito y efecto doppler

Medidores por ultrasonido Los medidores de flujo ultrasónico de tiempo en tránsito son instrumentos cuyo objetivo es la medición del caudal a través de la cuantificación de la velocidad de flujo. Se trata de un medidor indirecto del caudal y puede aplicarse tanto en conductos libres como a presión utilizando diferentes accesorios. Sin embargo, los equipos ultrasónicos se aplican principalmente en conductos bajo presión, aunque existen variantes para ser utilizados en superficie libre. El equipo de los equipos ultrasónicos es sencillo y práctico, debido a que su instalación es sencilla y se puede aplicar en cualquier punto del sistema hidráulico. Además, permite medir el flujo sin tener que detener la operación de la línea. Las ondas ultrasónicas pueden atravesar sin dificultad las paredes metálicas de tubo y recipientes. Esto quiere decir que el sistema de medición entero puede montarse por ejemplo en el exterior de un fluido, es decir, es no invasor. Esto es muy importante con fluidos hostiles, o sea, aquellos con propiedades corrosivas, radioactivas, explosivas o inflamables. Tampoco existe la posibilidad de que ocurra obstrucción con fluidos sucios o pastas aguadas. Este tipo de medidor se utiliza principalmente en fluidos limpios ya que es recomendable que el fluido este libre de partículas que pueden producir la Ciudad Ojeda; Agosto del 2011

dispersión de las ondas de sonido. La exactitud de estos medidores esta entre +1% y +5% del flujo. Burbujas de aire o turbulencia en la corriente del fluido, causada por conexiones o accesorios aguas arriba, pueden dispersar las ondas de sonido provocando inexactitud en la medición. Los medidores acústicos de flujo fueron desarrollados con base en dos principios:  El tiempo de tránsito de una señal acústica es mayor en dirección agua arriba que en dirección aguas abajo.  Que estos tiempos de tránsito pueden ser medidos con precisión.

Principales ventajas de los medidores ultrasónicos:        

Son fáciles de transportar Su instalación es rápida y sencilla Se instalan en cualquier tipo de tubería Son equipos de alta precisión, independientemente del perfil de velocidad, magnitud del flujo y temperatura del fluido. Son bidireccionales, capaces de medir el flujo en ambas direcciones. Son no-intrusivos, por lo que los transductores no deben estar en contacto con el flujo. La calibración de campo generalmente no es necesaria. El equipo no utiliza pares móviles y es muy fácil de utilizar.

Diagramas de bloques de un transductor ultrasónico El medidor de caudal UFM 600T es un medidor de tipo ultrasónico, que se aplica por la cara externa de las tuberías y sin efectuar ninguna intervención sobre ella, permite la medición de caudales de fluidos en tuberías llenas, desde 50 hasta 3000 mm de diámetro y con paredes de hasta 40 mm. De espesor. Los materiales de la tubería pueden ser diversos, desde, acero hasta asbesto cemento.

Ciudad Ojeda; Agosto del 2011

Una de las premisas a tener en cuenta es que el fluido no debe contener pequeñas partículas (Comparables a la longitud de onda del ultrasonido) o burbujas de aire que tienden a atenuar fuertemente el ultrasonido. Medidor de ultrasonido por diferencial de tiempo. Este principio es muy simple, y se basa en el diferencial de tiempo que demora en viajar una onda en el fluido, a favor del flujo y en contra del mismo. Una onda sónica viajando en la dirección del flujo se propaga más rápidamente que a contraflujo (VAB >VBA)

Medidor de caudal por ultrasonido Los tiempos de tránsito tAB y tBA son medidos en forma continua. La diferencia de tiempo de viaje de las dos ondas ultrasónicas (tBA-tAB) es proporcional a la Velocidad media del flujo va. El flujo volumétrico por unidad de tiempo es entonces el producto de la velocidad media del flujo vm. Multiplicado por el área de la sección de la tubería. Un producto líquido puede ser identificado por su tiempo de tránsito, así por ejemplo el agua tiene tiempos menores que el petróleo. Los conceptos precedentes se pueden resumir en la siguiente tabla TABLA 1 en la dirección del flujo del sensor B al A contra la dirección del flujo del sensor A al B según la dirección del fluido velocidad media vm

Rango de propagación tAB= c0 + vm x cos

Tiempo de transito tBA= L/c0 + vm x cos

vBA= c0 - vm x cos

vBA= L/c0 - vm x cos

vBA >vBA

tAB