1 PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DE VALPARAÍSO - CHILE

MEDIDORES DE CAUDAL VOLUMÉTRICO

FELIPE ARIAS REYES SANTIAGO CUITIÑO CASTRO

ALEJANDRA ROJAS BASUALTO

Profesor Dr. Miguel López González

SEPTIEMBRE 2012

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ÍNDICE

ÍNDICE 2

INTRODUCCIÓN 3

MARCO TEÓRICO 4

CAPÍTULO 1 9

MEDIDORES DE CAUDAL VOLUMÉTRICO 9

1.1 De desplazamiento Positivo 9

1.1.1 Medidor de Disco Oscilante 10

1.1.2 Medidor de Pistón Oscilante 10

1.1.3 Medidor de Pistón Alternativo 11

1.1.4 Medidor Rotativo 11

1.1.5 Medidor Paredes deformables 13

1.2 Medidores de Torbellino y Vórtex 14

1.3 Medidor Oscilante 15

1.4 Tabla comparativa de los medidores de Caudal Volumétrico 16

CAPÍTULO 2 18

EJEMPLOS DE ANÁLISIS DE CAUDAL VOLUMÉTRICO 18

2.1 Ejemplo Número uno de medidor de caudal 18

2.2 Ejemplo Número dos de Análisis de Medidor de caudal 20

CAPÍTULO 3 23

EJEMPLOS DE APLICACIÓN INDUSTRIAL REAL 23

3.1 Aplicación de Caudalímetros en Faenas mineras, en Chile. 23

3.2 Medidor de flujo tipo volumétrico para grandes sistemas de agua potable 26

CONCLUSIONES 28

REFERENCIAS 29

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INTRODUCCIÓN

Actualmente, las grandes industrias a nivel mundial, tienen distintos procesos en los cuales se tienen que trasladar y medir flujos de diversos caudales tales como combustibles, agua potable, vinos, etc. Dependiendo de la industria en la que se encuentre.

En este informe de hablará principalmente de los Medidores de Caudal, específicamente de los volumétricos, que se sub-dividen en tres tipos, de desplazamiento positivo, Torbellino y Oscilante. Se mencionarán las características principales de cada uno de ellos, las ecuaciones que rigen, ejemplos de Análisis y/o Diseño, para finalmente dar a conocer 2 aplicaciones reales de este tipo de medidores en la Industria Actual, ya sea en la Gran minería chilena, como también en el sistema de Agua potable.

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MARCO TEÓRICO

Un medidor de caudal es un dispositivo que, instalado en una tubería, permite conocer el flujo volumétrico, también llamado caudal, que está circulando por la dicha tubería, este parámetro es de muchísima importancia en aquellos procesos que involucran el transporte de un fluido. La mayoría de los medidores de caudal se basan en un cambio del área de flujo, lo que provoca un cambio de presión que puede relacionarse con el caudal a través de la ecuación de Bernoulli.

Tipos de Medidores de Caudal. Se pueden clasificar en tres grandes grupos 1. En los Medidores de cabeza variable tenemos: a) Tubo de Venturi b) Placa de Orificio 2. En los Medidores de área variable tenemos: a) Rotámetro b) Fluxómetro en donde tenemos los siguientes tipos: 1.- Turbina 2.- Vórtice 3.- Electromagnético 4.- Ultrasónico c) Tubo de Pilot d) Anemómetros de dos tipos de Copas y de Alambre Caliente 3. En medidores de Flujo Másico tenemos: a) De efecto Magnus b) De Momento transversal para flujo axial c) De Momento transversal d) De Gasto de Masa giroscópico Análisis Dimensional Para caudal volumétrico es [Volumen/Tiempo] Para caudal másico es [Masa/Tiempo] Unidades SI Para el caudal volumétrico es [m3/s], pero hay unidades que son más utilizadas como el [l/h] o el [m3/h].

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Para caudal másico, la unidad en el SI es el [kg/s]. Conceptos Relativos a Caudales que es conveniente conocer

� Exactitud Se define como "la proximidad a la concordancia absoluta entre el valor medido y

el valor real de lo que se mide". La exactitud es un término cualitativo. Tampoco podemos hablar de exactitud en términos absolutos, sino siempre de "exactitud relativa a una medición".

� Repetibilidad Se define como "la cantidad que caracteriza la capacidad de un contador de dar

indicaciones o respuestas idénticas al repetir una aplicación con los mismos valores de la cantidad medida en las condiciones de trabajo establecidas".

� Linealidad Los caudalímetros se suelen caracterizar por una linealidad de 0,5 o de 1%. Esto

significa que la desviación de las respuestas del caudalímetro con respecto a una función ideal lineal que relaciona el caudal real con los valores de salida indicados por el caudalímetro es menor del 1%.

� Incertidumbre Se define como el rango de valores entre los cuales se halla el valor real con una

probabilidad determinada. En la medición de caudales no es posible medir nada con error cero, porque el caudal nunca es estable. Pequeñas perturbaciones en la presión y la temperatura siempre afectan a la respuesta del instrumento, que nunca es perfecta, además de multitud de otros efectos externos y también electrónicos.

Un valor de lectura estable en el tiempo y el concepto de incertidumbre constituyen conjuntamente una manera de identificar y combinar todos estos factores, de modo que la variable que se pretende medir quede bien definida.

� Error Es la diferencia entre el valor de salida del contador y el valor real del caudal en el

instante en que se efectúa la medición.

� Factor K de sensibilidad Se define como el número de impulsos por unidad de la magnitud y se determina en

el laboratorio. Por otra parte, algunos fabricantes denotan con la letra K la "constante del

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contador". Otros, definen la letra K como el cociente entre la frecuencia de salida y la velocidad del caudal. En cualquier caso, el lector debe conocer con seguridad el uso exacto del término en cada aplicación.

En muchos casos, la K define también un factor de corrección determinado por calibración en el laboratorio.

� Constante del contador Se define como el cociente entre el volumen real y el volumen registrado en un

determinado tiempo. Al contrario que el factor K de sensibilidad, la constante del contador se suele determinar por calibración en el lugar de trabajo. En dicho procedimiento se emplea un valor de referencia normalizado para el volumen real.

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CAPÍTULO 1

MEDIDORES DE CAUDAL VOLUMÉTRICO

1.1 De desplazamiento Positivo

Los medidores de este tipo, toman el caudal del fluido, contando o integrando volúmenes separados del mismo. Son dispositivos que separan la corriente de flujo en segmentos volumétricos individuales. Un volumen conocido de fluido se aísla mecánicamente en el elemento del medidor, y es pasado desde la entrada de este hasta su salida, llenando y vaciando alternadamente los compartimientos o cámara del medidor. Las partes mecánicas del medidor se mueven aprovechando la energía del fluido. El volumen total de fluido que pasa a través del medidor en un período de tiempo dado, es el producto del volumen de la muestra por el número de muestras. Los medidores de flujo de desplazamiento positivo frecuentemente totalizan directamente el flujo en un contador integral, pero también pueden generar una salida de pulso que puede ser leída localmente o transmitida a una sala de control. La parte mecánica del instrumento se mueve aprovechando la energía del fluido, dando esto como resultado una gran pérdida de presión en la línea. Los medidores de desplazamiento positivo se adaptan excelentemente a aplicaciones de procesos discontinuos y a aquellos que requieren una totalización del volumen que pasa a través del medidor.

En la instalación de un medidor de desplazamiento positivo se recomienda instalar un retenedor o filtro, aguas arriba, para evitar que partículas extrañas entren en la cámara del medidor. También se recomienda un mecanismo para eliminar las burbujas de aire presentes en el líquido, ya que el medidor registrará el volumen de aire con el líquido. Los medidores de flujo de desplazamiento positivo son sensibles a los cambios de viscosidad. Para viscosidades por debajo de 100 centistokes el medidor debería ser calibrado para el fluido específico. Por encima de este valor, cambios en la viscosidad no afectan el funcionamiento.

El error de medición de estos elementos dependerá exclusivamente, de la holgura que exista entre las partes fijas y móviles, por lo cual su uso queda generalmente limitado a líquidos.

Existen cuatro tipos básicos de medidores de desplazamiento positivos:

� Medidor de Disco Oscilante.

� Medidor de Pistón Oscilante.

� Medidor de Pistón Alternativo o Reciprocante.

� Medidores Rotativos. La mayoría de estos medidores se utilizan en aplicaciones para líquidos, sin

embargo, existen algunas versiones disponibles para gases.

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1.1.1 Medidor de Disco Oscilante

El Sistema de Disco Oscilante dispone de una cámara circular con un disco plano

móvil dotado con una ranura en la que se encuentra intercalada una placa fija. Esa placa, separa la entrada y la salida e impide el giro del disco durante el paso del fluido. El movimiento del disco será similar al de una moneda a punto de cesar su giro en el piso o en una mesa. De esta forma, en cada vuelta, se desplazara un volumen conocido del fluido en cuestión. El movimiento del eje es transmitido a una magneto el cual se usa para mover una magneto externa al medidor. Esta rotación puede utilizarse para conducir el mecanismo de un registrador o un transmisor. La operación de este tipo de medidor se muestra en la figura siguiente:

Figura 1.1 - Medidor de disco oscilante.

Como este medidor atrapa o encierra una cantidad fija de flujo cada vez que el eje

rota, entonces el caudal es proporcional a la velocidad de rotación del mismo. Este tipo de medidor encuentra su mayor aplicación en agua y en servicios donde la

precisión no es de mayor importancia.

1.1.2 Medidor de Pistón Oscilante

El Medidor de Pistón Oscilante consiste en una cámara cilíndrica con una salida y

una placa divisoria que separa esta salida en dos. El funcionamiento de las diferentes fases del ciclo se describe mediante la gráfica siguiente:

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Figura 1.2 - Ciclo de un medidor de pistón oscilante.

1.1.3 Medidor de Pistón Alternativo

El medidor de Pistón Alternativo es uno de los primeros elementos de medición de

caudal por desplazamiento positivo. Al igual que los anteriores se describe mediante un esquema a continuación:

Figura 1.3- Medidor de pistón alternativo o convencional.

1.1.4 Medidor Rotativo

Los Medidores Rotativos son de muchos tipos. Está el Cicloidal, Birrotor y Oval.

Son los más usados en la actualidad, dentro de la categoría de desplazamiento positivo.

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Su funcionamiento es muy sencillo y su mantenimiento bajo. Puede manejar crudos pesado algo viscoso en una gran gama de caudales.

A continuación se describen gráficamente los principales sistemas de este tipo:

Figura 1.4 – Medidores: Birrotor y Oval

a) Medidor Rotativo Cicloidal Los cicloidales contienen dos lóbulos del tipo Root engranados entre sí que giran en

direcciones opuestas manteniendo una posición relativa fija y desplazando un volumen fijo de fluido líquido o gas en cada revolución.

b) Medidor Rotativo Birrotor El sistema birrotor consiste en dos rotores sin contacto mecánico entre sí que giran

como únicos elementos móviles en la cámara de medida. La relación de giro mutuo se mantiene gracias a un conjunto de engranajes helicoidales totalmente cerrado y sin contacto con el líquido. Los rotores están equilibrados estática y dinámicamente y se apoyan en rodamientos de bolas de acero inoxidable. Al no existir contacto mecánico entre los rotores, la vida útil es larga y el mantenimiento es fácil. El instrumento puede trabajar con bajas presiones diferenciales del orden de 1" c. de a. Son reversibles, admiten sobre velocidades esporádicas sin recibir daño alguno, no requieren filtros, admiten el paso de partículas extrañas y permiten desmontar fácilmente la unidad de medida sin necesidad de desmontar el conjunto completo. Su ajuste es sencillo y son de fácil calibración mientras el instrumento está bajo presión y sin pérdida de líquido.

Se aplican en la medición de caudales de crudos y productos petrolíferos. Su tamaño varía de 3 a 12". La precisión es de + 0,2 %, con una pérdida de carga de 5 psi y con un margen de caudal de 5 a 1.

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c) Medidor Rotativo Oval Los medidores ovales disponen de dos ruedas ovales que engranan entre sí y tienen

un movimiento de giro debido a la presión diferencial creada por el líquido. La acción del líquido va actuando alternativamente sobre cada una de las ruedas dando lugar a un giro suave de un par casi constante. La cámara de medida y las ruedas están mecanizadas con gran precisión para conseguir un deslizamiento mínimo entre las mismas, sin formación de bolsas o espacios muertos en la cámara de medida y barriendo completamente la misma en cada rotación.

De este modo, la medida es prácticamente independiente de variaciones en la densidad y en la viscosidad del líquido. La precisión es de + 0,5 % del caudal total. Los tamaños varían de ~ a 3".

1.1.5 Medidor Paredes deformables

El contador de paredes deformables o de membrana o de fuelle, está formado por

una envoltura a presión con orificios de entrada y salida que contiene el grupo medidor formado por cuatro cámaras de medición. En la figura 1.5 puede verse este tipo de medidor. Su funcionamiento es el siguiente:

En la posición 1, el gas que entra a través del orificio E, pasa por A empujando la

membrana hacia la derecha y extrayendo el gas que pasa por B hacia S. A continuación, la membrana derecha se desplaza hacia la izquierda, entrando gas por D y saliendo por E (posición 2).

Figura 1.5 – Medidor de Paredes Deformables

En la posición 3, el gas entra por el compartimento de la izquierda por B desplazando la membrana a la izquierda y sale por A.

En la posición 4, el gas entra en el compartimento de la derecha por e y sale por D. Su precisión es del orden del ± 0,3 %.

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1.2 Medidores de Torbellino y Vórtex

El medidor de caudal por torbellino (figura 1.6) se basa en la determinación de la

frecuencia del torbellino producido por una hélice estática situada dentro de la tubería a cuyo través pasa el fluido (líquido o gas). La frecuencia del torbellino es proporcional a la velocidad del fluido de acuerdo con la expresión conocida como número de Strouhal:

Figura 1.6 – Medidor de Caudal por Torbellino y Vórtex

El número de Strouhal es constante para números de Reynolds comprendidos entre

10.000 Y 1.000.000 y d es mantenido constante por el fabricante del medidor, con lo cual, y siendo:

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Por lo tanto, el caudal volumétrico del fluido es proporcional a la frecuencia del torbellino.

La detección de la frecuencia se logra con sensores de presión de cristales piezoeléctricos que detectan los picos de presión en el lado contrario del torbellino, o con una termistancia de muy baja inercia térmica que sigue los efectos de refrigeración del torbellino generado en el gas, o bien mediante un condensador de capacidad variable, función de la deformación de un diafragma (placa) ante las ondas de presión del torbellino o bien mediante la aplicación de un haz de ultrasonidos perpendicularmente al torbellino, midiendo el tiempo de tránsito del haz desde el transmisor al receptor.

Los transductores de torbellino son adecuados en la medida de caudales de gases y de líquidos y su intervalo de medida entre el valor máximo y el mínimo es de 50 a 1. Deben instalarse en tubería recta con longitudes mínimas de 10 diámetros aguas arriba y de 5 diámetros aguas abajo. El medidor debe instalarse perfectamente alineado con la tubería para asegurar la formación correcta de torbellinos. La precisión del instrumento es de ± 0,2 % del caudal instantáneo, por lo cual el error en tanto por ciento de la escala se hace mayor cuanto más bajo es el caudal.

Los instrumentos de vórtex son parecidos al de torbellino, excepto que están basados en el efecto Von Karman donde un cuerpo en forma de cono genera alternativamente vórtices (áreas de baja presión e inestabilidad) desfasados en 180°, cuya frecuencia es directamente proporcional a la velocidad y, por lo tanto, al caudal. La precisión es del ± 1 %.

1.3 Medidor Oscilante

Consiste en un pequeño orificio situado en el cuerpo del medidor, que genera una presión diferencial y provoca el paso del fluido por el área de medida. Ésta contiene una válvula oscilante que perturba la circulación del fluido. A medida que este flujo turbulento pasa a través de la abertura se crea una zona de baja presión detrás de la válvula, con lo que ésta oscila a una frecuencia directamente proporcional al caudal. Un transductor de impulsos capta las oscilaciones de la válvula e indica el caudal.

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Figura 1.7 – Medidor Oscilante

El medidor oscilante es adecuado en la medida de caudales de fluidos con partículas

en suspensión, y en las mezclas de líquidos y gases provocadas por vaporizaciones imprevistas del líquido al bajar la presión. Su precisión es del orden del ± 0,5 %.

1.4 Tabla comparativa de los medidores de Caudal Volumétrico

Nombre Compuesto que

mide Precisión Caudal Otras

características Medidor de disco oscilante

Agua fría, agua caliente, aceite y líquidos alimenticios

± 1-2 %. Máximo de 600 l/min

Se fabrica para pequeños tamaños de tubería

Medidor de pistón oscilante

Agua y líquidos viscosos o corrosivos

* de ± 1 % a ± 0,2 % con pistón metálico * ± 0,5 % con pistón sintético

Máximos de 600 l/mino

Tamaños de tubería hasta 2"

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Medidor de pistón alternativo

Empleado en la industria petroquímica

± 0,2 %. Es el más antiguo. Capacidad pequeña. Su costo inicial es alto, dan una pérdida de carga alta y son difíciles de reparar

Medidor rotativo

Industria petroquímica para la medida de crudos y de gasolina

Pocos l/min de líquidos limpios de baja viscosidad hasta 64 000 l/mi n de crudos viscosos

Los más empleados: los cicloidales, los de dos rotores (birrotor) y los ovales.

CICLOIDALES Fluido líquido o gas

± 1 % para caudales de 10 al 100 % de medida, bajando en caudales bajos.

Líquidos de 30 a 66 500 l/min y en gas hasta 3 Nm3/h

Tamaño de 2 a 24"

BIRROTOR Caudales de crudos y productos petrolíferos.

+ 0,2 % Margen caudal de 5 a 1

La vida útil es larga, admiten sobrevelocidades y mantenimiento fácil. tamaño varía de 3 a 12"

OVALES La medida es prácticamente independiente de variaciones en la densidad y en la viscosidad del líquido

+ 0,5 % del caudal total

Los tamaños varían de ~ a 3"

De paredes deformables

Gas ± 0,3 %.

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CAPÍTULO 2

EJEMPLOS DE ANÁLISIS DE CAUDAL VOLUMÉTRICO

2.1 Ejemplo Número uno de medidor de caudal

Figura 2.1 – Análisis de un medidor de caudal

Para la determinación del caudal que, teóricamente, está circulando por el medidor

de caudal, se analiza el mismo a través de la ecuación de Bernoulli, la cual tiene la forma siguiente:

0ZZg2

VVPP12

21

2212 =−+

−+

−

γ

donde los tres sumandos representan los cambios en la energía de presión, energía

cinética y energía potencial. Si el medidor está ubicado horizontalmente, el cambio de energía potencial es nulo

(Z2-Z1=0). La velocidad puede expresarse como el producto entre el caudal teórico y el área (V=Qt·A). Se habla de caudal teórico, ya que en la ecuación de Bernoulli no aparecen reflejadas las pérdidas de energía. Así, la ecuación se puede transformar de la siguiente manera:

0g2

A

Q

A

Q

PP

2

1

t

2

2

t

12 =

−

+−

γ

( )

γ

21

21

22

2t

PPg2

A

1

A

1Q

−=

−

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Multiplicando esta ecuación por 22A , se tiene:

( )

γ

21222

1

222

t

PPgA2

A

A1Q

−=

−

Dado que las presiones se miden con manómetros de líquido, usando la ecuación de

la hidrostática, se puede decir que:

( )21

21 hhPP

−=−

γ

donde h1 y h2 son las alturas tomadas de los manómetros de líquido conectados en

los puntos 1 y 2. Por lo tanto, el caudal teórico resulta:

2

1

2

212t

A

A1

)hh(g2AQ

−

−=

El Coeficiente de Descarga Dado que el caudal calculado de esta manera no es el caudal real, ya que no

contempla las pérdidas de energía existentes en el dispositivo, es necesario corregirlo, para lo cual se define el coeficiente de descarga (Cd) como la relación entre el caudal real y el caudal teórico. Es decir:

2

1

2

212dtdr

A

A1

)hh(g2ACQCQ

−

−==

De esta forma, el coeficiente de descarga sirve como factor de corrección del caudal

medido para tomar en cuenta las pérdidas de energía presentes.

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2.2 Ejemplo Número dos de Análisis de Medidor de caudal

Si el fluido pasa por un obstáculo, creará torbellinos a su paso, tal como indica la figura, con dos tipos de obstáculos.

También puede verse en la siguiente figura, más detalladamente:

La frecuencia del torbellino es proporcional a la velocidad del fluido, según la

expresión:

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El número de Struhal se mantiene constante si nos movemos en el rango del Reynolds (fabricante) [ 10.000 –1.000.000], “d” lo proporciona el fabricante, y es proporcional al ancho del obstáculo que produce el torbellino. Así:

Esto implica, que el caudal es proporcional a la frecuencia. Para medir la frecuencia, se hace mediante sensores de presión piezométricos que

detectando los picos de presión que le torbellino ha creado, o bien con resistencias de baja inercia térmica que aprovechan el efecto refrigerante del aumento de la velocidad creada por el torbellino en la región de cola. Diseños comerciales de sistemas de detección del medidor de caudal

• Construcción básica y diagramas de momentos que muestran componentes de señal y los componentes de ruido.

• Operación del Sensor

• Posiciones del Sensor

22

Otra manera sería hacer uso de la variación en la fuerza de empuje originada por los

remolinos.

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CAPÍTULO 3

EJEMPLOS DE APLICACIÓN INDUSTRIAL REAL

3.1 Aplicación de Caudalímetros en Faenas mineras, en Chile.

CiDRA Minerals Processing Inc. es una empresa norteamericana de alta tecnología

que, después de tres décadas sin novedades en el mercado, ha incorporado nueva tecnología de medición de flujos para la industria minera a nivel mundial. Se trata de los sistemas de monitoreo de proceso SONARtrac que en Chile son distribuidas por TIAR Ltda. de Chile. En 2005 CiDRA decidió ingresar al mercado minero más grande del mundo, es decir, Chile. Así, en su primer viaje de demostración, la empresa instaló algunos nuevos equipos medidores de flujo en tres plantas concentradoras de gran tamaño. A fines de ese año, la empresa realizó las primeras ventas de medidores de flujo al proyecto de Repotenciamiento Fase I de Minera Los Pelambres.

Este contrato, que comenzó en 2006, fue seguido por dos nuevas órdenes para los trabajos iniciales de la Fase II y de la Fase II en esa faena. Estos equipos están disponibles en configuraciones del tipo “abrazadera” que se instalan en las cañerías de proceso, eliminando así las interrupciones asociadas a la instalación, cuando se utiliza otro tipo de flujómetros.

Actualmente, los medidores SONARtrac están instalados en casi todas las minas de gran y mediano tamaño en Chile. Las unidades son utilizadas para medir flujos de pulpa en las concentradoras, cañerías y sistemas de relaves y en flujos de fase única de fluidos de lixiviación y agua. A nivel mundial existen alrededor de 650 medidores instalados en 135 minas en 22 países. Lo anterior ha llevado a que un grupo importante de operaciones mineras en Chile utilicen estos equipos. Entre ellas, las faenas de Los Bronces de Anglo Chile; Los Pelambres de Antofagasta Minerals; Andina y Chuquicamata de Codelco; además de Candelaria, Minera Escondida y Collahuasi.

En tanto, en Latinoamérica, la compañía tiene equipos similares funcionando en las operaciones mineras de Antamina en Perú, San Cristóbal en Bolivia, Alumbrera en Argentina, y ArcelorMittal, Peñasquito y Hércules, todas localizadas en México. La tecnología sonar de medición de flujo es un nuevo tipo de medidores de flujos industriales y utiliza principios de medición que son distintos de todas las tecnologías convencionales.

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Figura 3.1 – Medidores Volumétricos

Los equipos SONARtrac utilizan técnicas sonares patentadas para escuchar e interpretar los campos de presión generados por los flujos turbulentos en la cañería. La familia de medidores de flujo entrega mediciones precisas, confiables, utilizando métodos no invasivos en un amplio rango de flujos de fases únicas y múltiples. Los medidores están disponibles en configuraciones del tipo “abrazadera” que se instalan en las cañerías de proceso, eliminando así las interrupciones asociadas a la instalación cuando se utiliza otro tipo de flujómetros. Técnicas Sonares

Las técnicas sonares han sido utilizadas por más de 40 años en aplicaciones acústicas bajo el agua, tales como la detección y rastreo submarino. La tecnología de este

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tipo fue inicialmente desarrollada para la medición de flujos en uno de los ambientes más demandantes del mundo: la producción de gas y petróleo en profundidades marinas.

En esta aplicación los usuarios requieren contar con una operación precisa, confiable y libre de mantención durante la vida útil del pozo dada la inaccesibilidad del medidor una vez que ha sido instalado. Cómo trabaja el medidor. El procesamiento de flujo sonar emplea dos técnicas de medición diferentes pero sinérgicas. La primera técnica mide la tasa de flujo volumétrico monitoreando los remolinos turbulentos existentes dentro del flujo de proceso.

La segunda técnica mide la velocidad a la cual el sonido se propaga a través del flujo entregando información sobre su composición. Los flujos turbulentos dentro de una cañería son altamente complejos. La predicción de los detalles de cualquier flujo turbulento es uno de los mayores problemas sin resolver que nos presenta la naturaleza.

Sin embargo, mucho se sabe acerca de las propiedades estadísticas de tales flujos. Los flujos turbulentos en las cañerías contienen estructuras verticales coherentes que se autogeneran, generalmente llamados “remolinos turbulentos”. Estos remolinos permanecen coherentes durante varios diámetros de la cañería mientras convectan en forma descendente disgregándose en remolinos cada vez más pequeños hasta que la energía es disipada. Los medidores de flujo SONARtrac utilizan un método patentado de medición de la velocidad de estos remolinos turbulentos cuando convectan y pasan a través de un arreglo de sensores, utilizando técnicas de procesamiento sonar bien establecidas y plenamente desarrolladas.

Al “escuchar” los campos de presión asociados al movimiento de los remolinos, los flujómetros determinan la velocidad a la que estos remolinos atraviesan el arreglo de sensores. La tasa de flujo volumétrico se determina utilizando un procedimiento de calibración que se basa en un número de Reynolds que relaciona la velocidad de las estructuras turbulentas coherentes con la tasa de flujo volumétrico. En la mayoría de las aplicaciones se puede alcanzar una precisión de +/- 1,0%, tanto con la configuración de “abrazadera” como la de instalación a presión. Composición de flujos Los medidores de flujo SONARtrac también ofrecen la capacidad adicional de entregar información relacionada con la composición de los flujos de fase simple y múltiple, detectando la velocidad a la que las ondas de sonido se propagan dentro de la cañería. “La medición de la velocidad del sonido puede ser utilizada en una amplia variedad de aplicaciones tales como: aire arrastrado en pulpas de minerales para corregir la medición de densidad de la pulpa suministrada por densitómetros nucleares, y la detección y rastreo de lotes en mineroductos.” Esta combinación de medición de flujo volumétrico y composición entrega al operador un nuevo nivel de comprensión y conocimiento del proceso.

Cabe destacar que esta información fue obtenida desde la revista “Nueva Minería & Energía”, publicada en Junio de 2009.

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3.2 Medidor de flujo tipo volumétrico para grandes sistemas de agua potable

El medidor volumétrico es usado para medir agua potable en la industria, sistemas municipales y en tomas domiciliarias.

El medido de flujo marca Dorot tipo volumétrico, modelo DVD‐A, opera bajo el

principio de desplazamiento positivo. Dentro de su cámara de medición posee un Disco Nutante cuyo eje oscilante es perpendicular al flujo, cada ciclo nutado permite pasar un volumen fijo de agua, que contabiliza el registro, logrando una medición muy precisa. El movimiento del Disco Nutante se transmite magnéticamente al registro de medición y a la carátula, que están sellados herméticamente al vacío y no tienen contacto alguno con el agua. El medidor de flujo modelo DVD‐A cumple con la norma Internacional ISO 4064 y está certificado bajo la Norma Oficial Mexicana NOM‐012‐SCFI‐1994, con la clase metrológica C, lo que respalda su calidad y larga vida útil, probada en la mayoría de los grandes sistemas de agua potable en México.

Figura 3.2 – Medidor Volumétrico modelo DVD-A para Sistemas de agua potable.

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Tabla de Características del Medidor de flujo tipo volumétrico DVD-A

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CONCLUSIONES

En este informe se ha analizado y estudiado los diferentes tipos de medidores de caudal, en especial los de flujo volumétrico.

Se conocieron las características principales de cada uno de los medidores de caudal volumétrico, los de desplazamiento positivo, Torbellino y Oscilante incluyendo las ecuaciones que rigen su comportamiento dinámico y estático. También se mostraron ejemplos de análisis con respecto a estos medidores.

Finalmente tenemos 2 ejemplos de caudales volumétricos utilizados en las industrias. Hablamos de medidores de caudal implementados en industrias de la gran minería, específicamente en mineras ubicadas en Chile, Perú, Bolivia y México.

Otro ejemplo de aplicación real son los medidores de caudal volumétrico de desplazamiento positivo, utilizados para flujos de agua potable, ya sea en grandes industrias como también para uso domiciliario.

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REFERENCIAS

[1] Texto Instrumentación Industrial. 6ta Edición. Autor: Antonio Creus. [2] http://petracontrol.com/images/pdf/ept-pdm-02.pdf

[3]http://www.cidra.com/sites/default/files/document_library/BI0392-sp_CiDRA_Article_Nueva_Mineria_June2009.pdf

[4] http://www.amf.uji.es/Teoria_Tema3_910_ParteI.pdf