Medidores de flujo

Medidores de flujoAl aplicar el teorema de Bernoulli a una tubera horizontal con una obstruccin, como se muestra en la figura 1, se obtiene:Si ha=hcConsiderando fluido incompresible y continuidad:Donde, el coeficiente de velocidad de acercamiento :Sustituyendo:

Medidores de flujoPor continuidad se obtiene que el flujo volumtrico que circula por la tubera:Tambin:Estas formulas son ideales porque no se toma en cuenta el reparto desigual de velocidades del fluido, la contraccin de la vena del fluido, la rugosidad de la tubera, el estado del lquido y todos los factores no medibles que pueden afectar esta relacin. Para compensar este efecto se utiliza un coeficiente de descarga Cd, obtenido experimentalmente.

Medidores de flujoEl coeficiente de descarga se puede leer de tablas, donde se representa en funcin del nmero de Reynolds. Otra representacin se hace en funcin del nmero de Reynolds y el coeficiente de caudal , que es igual a

Medidores de flujoEn el caso de fluidos compresibles, la densidad vara en toda la seccin de la vena, ya que cambia la presin, la temperatura y el peso especfico. Esto se corrige introduciendo un factor de expansin en la ecuacin, y por lo tanto la expresin final es:

Medidores de flujoLos medidores de caudal por diferencia de presin ocasionan una prdida permanente de presin, inferior a la ocasionada por la restriccin, la cual, en caso de ser necesario, debe ser compensada para retornar a las condiciones originales del sistema.

Si el parmetro es pequeo , la relacin entre el dimetro del orificio o garganta es pequeo en comparacin con el dimetro de la tubera. Esto genera mayor precisin de la lectura manomtrica, pero, representa una mayor prdida de presin por friccin y puede producir una presin baja no deseada en la contraccin, suficiente en algunos casos para que se liberen gases disueltos o se evapore lquido en este punto (cavitacin).

Los accesorios como codos y vlvulas producen perturbaciones en el flujo que afectan la medicin, por ello se debe mantener una seccin recta de alrededor de 5a 30D.

Placa orificioCalibracin:El parmetro se establece entre 0.2-0.7 para tuberas entre 2 y 3.La prdida permanente de presin es aproximadamente por Pperm=(1-2) P, y se encuentra entre (0.51-0.96)% de la P causada por el orificio. Estas prdidas disminuyen a medida que aumenta.

Exactitud 2-3%Vm

Requerimientos:Espesor aprox. 1/8. Se utiliza en rgimen turbulento Re>20000

La relacin Qmax/Qmin < 3

No se deben utilizar con fluidos abrasivos o que arrastren partculas slidas.

Placa orificioTipos de tomas:Tomas de Esquina: Los orificios estticos se perforan uno corriente arriba y otro corriente abajo de la brida haciendo que las aberturas queden tan cerca como sea posible de la placa orificio.Tomas de Radio: Los orificios estticos se localizan a un dimetro de tubera corriente arriba y a dimetro de tubera corriente abajo con relacin a la placa.Tomas de Tubera: Los orificios estticos se localizan a 2 dimetros de tubera corriente arriba y a 8 dimetros de tubera corriente abajo con relacin a la placa.Tomas de Brida: Los orificios estticos se ubican a 25.4 mm (1 in.) corriente arriba y a 25.4 mm (1 in.) corriente abajo con relacin a la placa.Tomas de Vena Contracta: El orifico esttico corriente arriba queda entre y 2 dimetros de tubera desde la placa. La toma corriente abajo se localiza en la posicin de presin mnima.

Placa orificioDesventajas:El coeficiente de descarga puede cambiar con el tiempo debido al desgaste y la acumulacin de suciedad.Se puede obstruir y reducir el dimetro del orificio. Para evitar esto se utilizan orificios excntricos y segmentalesVentajas:Es econmico.El 50% de los medidores de caudal utilizados en la industria son P.O.

ToberaDesventajas:Es ms costosa que la P.O.Ventajas:Con respecto a la P.O.: Es menos propensa a la obstruccin por lo cual tiene un mayor tiempo de vida til. La prdida de presin permanente es menor.

Exactitud 0.95-1.5%VmRequerimientos:Muy similar P.O, La relacin Qmax/Qmin es 60% mayor que en la P.O.Calibracin:El parmetro se establece entre 0.2-0.7 para tuberas entre 2 y 3.Como la contraccin es gradual, la prdida permanente se encuentra entre (0.3-0.8)% de la P causada por el instrumento.

Tubo venturiExactitud 0.75%VmRequerimientos:No se ve afectado por partculas slidas o burbujas.La relacin Qmax/Qmin es 60% mayor que en la P.O.Calibracin:El parmetro se establece entre 0.2-0.7 5 siendo el valor ms comn 0.5Debido a su forma aerodinmica la prdida permanente de presin es de alrededor del 15% de la P causada por el instrumento. Desventajas:Es mucho ms costosa que la P.O.Ventajas:La prdida permanente de presin es mucho menor que la que ocasionan el orificio y la tobera.

Tubo Venturi vs Placa OrificioComparacin entre la placa orificio y el tubo Venturi:Una placa orificio puede sustituirse fcilmente para ajustarse a diferentes ratas de flujo, el dimetro del Venturi es fijo entonces el rango de medicin est limitado por la cada de presin causada por el Venturi.La placa orificio genera una gran prdida permanente de presin debido a la presencia de remolinos aguas abajo del orificio, la forma del Venturi previene la formacin de remolinos lo cual reduce enormemente la prdida permanente de presin.El orificio es econmico y fcil de instalar, el Venturi es costoso y debe ser cuidadosamente diseado. Una placa orificio se puede reemplazar fcilmente mientras que un Venturi est diseado para instalaciones permanentes.

Tubo Venturi vs Placa OrificioComparacin entre la placa orificio y el tubo Venturi:Una placa orificio puede sustituirse fcilmente para ajustarse a diferentes ratas de flujo, el dimetro del Venturi es fijo entonces el rango de medicin est limitado por la cada de presin causada por el Venturi.La placa orificio genera una gran prdida permanente de presin debido a la presencia de remolinos aguas abajo del orificio, la forma del Venturi previene la formacin de remolinos lo cual reduce enormemente la prdida permanente de presin.El orificio es econmico y fcil de instalar, el Venturi es costoso y debe ser cuidadosamente diseado. Una placa orificio se puede reemplazar fcilmente mientras que un Venturi est diseado para instalaciones permanentes.

Medidor de desplazamiento positivo Exactitud 1.5%VmNo se utiliza para gasesEl fluido debe ser lquido limpio y debe poseer cierta viscosidad.Se utiliza como totalizador. En el 10% de las aplicaciones industrialesTiene baja friccin y es de bajo mantenimiento.Ocasiona una prdida permanente de presin .

Medidores por ultrasonido

- Principio de Funcionamiento

Estos medidores utilizan emisores y receptores de ultrasonido situados ya sea dentro o fuera de la tubera, son buenos para medir lquidos altamente contaminados o corrosivos, porque se instalan exteriormente a la tubera. Los medidores tienen una exactitud de 0,5% a 5% y una variabilidad del rango entre 20:1 a 75:1 con escala lineal.

I.- Medidor de ultrasonido por diferencia de tiempos.En este caso se dispone de uno o mas pares de transmisores-receptores de ultrasonido, colocados diametralmente opuestos, formando un ngulo () con el eje de la tubera. El principio de medicin se basa en medir la diferencia en el tiempo que tarda en viajar una onda de ultrasonido aguas abajo, con respecto al tiempo que le toma en viajar aguas arriba.En los medidores de haz mltiple, se mide la velocidad del fluido en diversos planos y se obtiene un promedio.Este medidor opera con gases y lquidos, pero presenta mejor desempeo en gases.

Medidores por ultrasonido

I.- Medidor de ultrasonido por diferencia de tiempos (contin)En un caso la velocidad aparente del sonido se ve aumentada por la velocidad del fluido, mientras que en el otro se ve disminuida. Esta diferencia en tiempos es proporcional a la velocidad del fluido, y est determinada por la siguiente frmula:

V = - [(D/sen . cos )(tab-tba)] / (2tab.tba)

Donde:

V = Velocidad del fluido. = Angulo de inclinacin del haz de ultrasonido con respecto al eje longitudinal de la tubera.D = Dimetro interno de la tubera.tab = Tiempo de viaje de la onda del punto a al b.tba = Tiempo de viaje de la onda del punto b al punto a.

Medidores por ultrasonido

II.- Medidor de ultrasonido por efecto Doppler. En este caso, se proyectan ondas de ultrasonido a lo largo del fluido y se mide el corrimiento de frecuencia que experimenta la seal de retorno al reflejarse el sonido en partculas contenidas en el fluido. El mtodo est limitado por la necesidad de partculas en suspensin como burbujas o partculas slidas en la corriente lquida, pero permite medir algunos caudales de fluidos difciles, tales como mezclas gas-lquido, fangos, entre otros. Tienen las ventajas de que no poseen partes mviles, no aaden cada de presin ni distorsionan el modelo del fluido. Opera con gases y lquidos.

Medidores por ultrasonido

Exactitud 1%VmEl fluido debe ser limpio y poco abrasivo.Sirve para lquidos y gases.Variabilidad del rango 30:1No se utiliza para control.Genera una cada de presin apreciable, pero menor que la P.O.

Medidores de turbina

Los medidores de turbina tienen un rotor de aspa que puede girar libremente cuando el fluido lo empuja, entonces la velocidad de rotacin de la turbina es proporcional a la velocidad del fluido. Para determinar el nmero de revoluciones de la turbina el medidor consta de un dispositivo captador que genera un impulso elctrico cada vez que un labe de la turbina pasa frente a l.Exactitud 1%VmEl fluido debe ser limpio y poco abrasivo.Sirve para lquidos y gases.Variabilidad del rango 30:1No se utiliza para control.Genera una cada de presin apreciable, pero menor que la P.O.

Medidores de turbina

Exactitud 0.5%VmNo es intrusivo.Se utiliza en tuberas de dimetro grande.Se utiliza para fluidos limpios, y sucios en flujo laminar y turbulento.El fluido debe ser conductor elctrico. La tubera debe ser de plstico en la seccin donde se coloca el medidor.Requiere de altos costos de instalacin y mantenimiento.

Medidor magntico

Un medidor de flujo es tpicamente construido de acero inoxidable o de Hastelloy e incluye el cuerpo de choque, un sensor de vrtice y un transmisor electrnico.

Exactitud: Lquidos 0.75%Vm, gases 1%VmEs intrusivoSe debe utilizar con fluidos limpios y poco abrasivos, en tuberas de dimetro entre 1y 6.Variabilidad del rango 15:1, 25:1.Susceptible a vibraciones. .Operan con bajo consumo de energa y requieren de poco mantenimiento.

Medidor tipo vortex