Medidas de caudalAutor de la Presentacin Cargo

En la mayor parte de las operaciones realizadas en los procesos industriales y en las efectuadasen laboratorio y en plantas piloto es muy importante la medicin de caudales de lquidos y gases.Existen dos tipos de medidores, los volumtricos que determinan el caudal en volumen del fluido, y los de masa que determinan el caudal masa.

Medidores volumetricosLos medidores volumtricos determinan el caudal en volumen de fluido, bien sea directamente(desplazamiento), bien indirectamente por deduccin o inferencia (presin diferencial, rea variable,velocidad, fuerza, tensin inducida, torbellino).

Es necesario sealar que la medida de caudal volumtrico en la industria se lleva a cabo principalmente con elementos que dan lugar a una presin diferencial al paso del fluido. Entre estos elementos se encuentran la placa orificio o diafragma, la tobera, el tubo Venturi, el tubo Pitot y el tubo Annubar.

Instrumento de presin diferencialLos elementos de presin diferencial se basan en la diferencia de presiones provocada por un estrechamiento en la tubera por donde circula el fluido (lquido, gas o vapor).

La presin diferencial provocada por el estrechamiento es captada por dos tomas de presin situadas inmediatamente aguas arriba y aguas abajo del mismo, o bien a una corta distancia. Su valor es mayor que la prdida de carga real que debe compensar el sistema de bombeo del fluido.

Elementos de presin diferencialLos elementos de presin diferencial son los siguientes:La placa-ori cio o diafragma consiste en una placa perforada instalada en la tubera. Dos tomas, conectadas en la parte anterior y posterior de la placa, captan esta presin diferencial proporcional al cuadrado del caudal. La disposicin de las tomas puede verse en la siguiente figura:

El tubo Venturi permite la medicin de caudales del 60% superiores a los de la placa orificio, en las mismas condiciones de servicio y con una prdida de carga de slo del 10% al 20% de la presin diferencial. Posee una gran exactitud y permite el paso de fluidos con un porcentaje relativamente grande de slidos.

El tubo Dall es una combinacin del tubo Venturi y de la placa-ori cio que fue introducido en los aos 1960. Se caracteriza por un ngulo brusco en la parte central que magnifica la presin diferencial con relacin al tubo Venturi. Sin embargo, no predice con suficiente exactitud.En fluidos difciles (lodos) de viscosidad apreciable o corrosivos, se utilizan elementos tales como el de cua y el de cono en V que proporcionan una mejor recuperacin de la presin del fluido, es decir, la prdida de carga que absorben es pequea.

El medidor de cua ene una restriccin en V que se caracteriza por la relacin H/D, siendo H la altura de la abertura en la restriccin y D el dimetro de la tubera. La exactitud puede llegar al 0,5%, si bien es del 3% al 5% cuando la densidad del fluido (lodos) no permanece constante. Puede utilizarse para fluidos que circulen bidireccionalmente.

normativaLos tubos de caudal son derivaciones del tubo Venturi que se caracterizan por su baja prdida de carga. Su exacti tud es del 0,5% pudiendo llegar al 0,25% calibrado en laboratorios.Para el clculo de los diafragmas, toberas y tubos Venturi se utilizan normas variadas, entre las cuales se encuentran las siguientes:ISO 5167-1980 Medida del ujo de uidos por medio de placas- orificio, toberas o tubos Venturi, insertados en conductos de seccin circular. Intema onal Organiza on for Standariza on, Ginebra, Suiza.

ISO-5167 (1991) - Measurement of uid ow by means of pressure di eren al devices inserted in circular cross-sec on conduits running full. Part 1: Ori ce Plates, Nozzles and Venturi Tubes. Revisin 1:1998. Intema onal Organiza on for Standariza on, Ginebra, Suiza.ISO-5167 (2003) Measurement of uid ow by means of pressure di eren al devices insertedin circular cross-sec on conduits running full.Part 1: General principles and requirements.Part 2: Ori ce Plates.Part 3: Nozzles and Venturi nozzles.Part 4: Venturi tubes.

Norma ASME 19.5 Flowmeter Computa on Handbook. American Society for Mechanical Engineers, New York, 1971. ASME MFC-3M (1989 y 2004) Measurements of Fluid Flow in Pipes Using Orifice, Nozzle and Venturi. Norma ASME MFC-14M-2001 Measurement of fluid flow using small bore precision orifice. American Society for Mechanical Engineers, New York, 2001. ANSI/API 2530-AGA Report No. 3 (1985 y 1992) Orifice Metering of Natural Gas and Other Related Hydrocarbon Fluids. American Gas Association (AGA). Part 3 Natural Gas Applications. Principle and Practice of Flow Meter Engineering, L. K. Spink (1978).

En estas normas se indican las prdidas de carga de los elementos y las condiciones de instalacin en tramos rectos de las tuberas con distancias mnimas a codos, curvas, vlvulas, etc. Cuando estas condiciones de distancia son crticas, se utilizan dispositivos llamados enderezadores de venas que dan un rgimen laminar del fluido y permiten reducir el espacio recto necesario.

Rotametros

Los elementos de rea variable se caracterizan por el cambio de rea que se produce entre el elemento primario en movimiento y el cuerpo del medidor. Pueden asimilarse a una placa-orificio cuyo dimetro interior fuera variable dependiendo del caudal y de la fuerza de arrastre producida por el fluido

Tubo Pitot

El tubo Pitot fue ideado por Henri de Pitot (1695-1771) y mide la diferencia entre la presin total y la presin esttica, o sea, la presin dinmica, la cual es proporcional al cuadrado de la velocidad.

El tubo Pitot es sensible a las variaciones en la distribucin de velocidades en la seccin de la tubera, de aqu que en su empleo es esencial que el flujo sea laminar, disponindolo en un tramo recto de tubera.Se emplea normalmente para la medicin de grandes caudales de fluidos limpios con una baja prdida de carga.

tubo AnnubarEl tubo Annubar es una innovacin del tubo Pitot y consta de dos tubos, el de presin total y el de presin esttica. El tubo que mide la presin total est situado a lo largo de un dimetro transversal de la tubera y consta de varios orificios de posicin crtica, determinada por computador, que cubren cada uno la presin total en un anillo de rea transversal de la tubera. Estos anillos tienen reas iguales.

El tubo Annubar es de mayor precisin que el tubo Pitot, del orden del 1%, ene una baja prdida de carga y se emplea para la medida de pequeos o grandes caudales de lquidos y gases.La placa-ori cio variable es una innovacin de la placa-ori cio. Permite obtener una gama de variaciones de caudal mucho ms amplia que puede llegar hasta la relacin 50 a 1, mientras que en la placa-ori cio viene limitada por la relacin 3 a 1.

velocidadEn la medicin del caudal en canales abiertos se utilizan vertederos de formas variadas que provocan una diferencia de alturas del lquido en el canal, entre la zona anterior del vertedero y su punto ms bajo. El vertedero debe formar un ngulo recto con la direccin del caudal y el canal aguas arriba debe ser recto como mnimo en una distancia de 10 veces la anchura.Los vertederos ms empleados son de los siguientes tipos:Rectangular.Triangular o en V.Cipolle o trapezoidal.El vertedero Parshall o Venturi.

Velocidad.

turbinasLos medidores de turbina consisten en un rotor que gira al paso del fluido con una velocidad directamente proporcional al caudal. El fluido choca contra el borde frontal de las palas del rotor produciendo un rea de baja presin y, como resultado de esta presin diferencial, las palas giran.

Transductores ultrasonicosLos transductores de ultrasonidos se basan en el fenmeno "ultrasnico" caracterizado porque las pequeas perturbaciones de presin en el seno de un fluido se propagan a la velocidad del sonido correspondiente al fluido. Si, adems, el fluido posee tambin velocidad, entonces la velocidad absoluta de la propagacin de la perturbacin de presin es la suma algebraica de ambas.

Desplazamiento positivoLos medidores de desplazamiento positivo miden el caudal, en volumen, contando o integrando volmenes separados del lquido. Las partes mecnicas del instrumento se mueven aprovechando la energa del fluido y dan lugar a una prdida de carga. La exactitud depende de los huelgos entre las partes mviles y las fijas y aumenta con la calidad de la mecanizacin y con el tamao del instrumento.

Medidores caudal masa

Si bien en la industria se utilizan normalmente medidores volumtricos de caudal, con el caudal determinado en las condiciones de servicio, en ocasiones interesa medir el caudal masa, sea inferencialmente por compensacin de la presin, la temperatura o la densidad, o bien aprovechando caractersticas medibles de la masa con sistemas bsicos de medida directa, los instrumentos trmicos, los de momento angular y los de Coriolis.

Medidores volumtricos compensados

Los medidores de caudal masa operando con medidores volumtricos con compensacin de densidad se basan en transmitir la densidad (o su equivalente a partir de las medidas de la presin y temperatura del fluido), al medidor volumtrico y aplicar una simple operacin de multiplicar para tener el caudal masa.

Medidores trmicos de caudalMiden el caudal masa directamente y se basan en la elevacin de temperatura del fluido en su paso por un cuerpo caliente. El primer instrumento de esta clase fue proyectado por Thomas en 1911 para medir el caudal masa de gas en una tobera. Por este motivo, estos aparatos reciben tambin el nombre de medidores de caudal Thomas.

Medidor de Coriolis

El medidor de Coriolis se basa en el teorema de Coriolis, matemtico francs (1795-1843) que observ que un objeto de masa m que se desplaza con una velocidad lineal V a travs de una superficie giratoria, que gira con velocidad angular constante w, experimenta una velocidad tangencial (velocidad angular radio de giro) tanto mayor cuanto mayor es su alejamiento del centro. Si el mvil se desplaza del centro hacia la periferia experimentar un aumento gradual de su velocidad tangencial, lo cual indica que se le est aplicando una aceleracin y, por lo tanto, una fuerza sobre su masa.

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