Medidores de Area Variable (1)
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IntroduccinSiempre que se trabaja con un fluido , existe la necesidad de realizar un conteo de la cantidad que se transporta, para lo cual utilizamos medidores de flujo.Algunos de ellos miden la velocidad de flujo de manera directa y otros miden la velocidad promedio, y aplicando la Ecuacin de continuidad y la de energa se calcula la velocidad
FACTORES PARA LA ELECCIN DEL TIPO DE MEDIDOR DE FLUIDO
Intervalo de medicin Exactitud requerida Prdida de presin Tipo de fluido Tipo de medicin Calibracin Medio ambiente Lugar de ubicacin
TIPOS DE MEDIDORES DE FLUJO
MEDIDORES DE CABEZA VARIABLE *Tubo de venturi *Placa de OrificioMEDIDORES DE REA VARIABLE *Rotmetro *Fluxometro de turbina *Fluxometro de vortice *Fluxometro electromagntico *Fluxometro de Ultrasonido *Fluxometro de velocidad -Tubo de Pitot -Anemmetro de Copas -Anemmetro de Alambre Caliente MEDIDORES DE FLUJO MASICO: 1. El medidor de masa inferencial que mide por lo comn el flujo volumtrico del fluido y su densidad por separado. 2. Medidor de masa verdadero, que registra directamente el flujo en unidad de masa. Algunos medidores de flujo masico son: a) b) c) d) e) El medidor de efecto Magnus. El medidor de momento transversal para flujo axial El medidor de gasto de masa de momento transversal para flujo radial. El medidor de gasto de masa de momento transversal. El medidor trmico de gasto de masa giroscpico.
1. MEDIDORES DE CABEZA VARIABLE
1.1 TUBO DE VNTURI
Es una tubera corta recta, o garganta, entre dos tramos cnicos. La presin vara en la proximidad de la seccin estrecha; as, al colocar un manmetro o instrumento registrador en la garganta se puede medir la cada de presin y calcular el caudal instantneo.
ECUACIONES DE UN TUBO DE VENTURI
El valor de C depende del nmero de Reynolds del flujo y de la geometra real del medidor. La siguiente figura muestra una curva tpica de C Vs nmero de Reynolds en la tubera principal.
Placas de orificio:Cuando una placa se coloca en forma concntrica dentro de una tubera, esta provoca que el flujo se contraiga de repente conforme se aproxima al orificio y despus se expande de repente al dimetro total de la tubera. La corriente que fluye a travs del orificio forma una vena contracta y la rpida velocidad del flujo resulta en una disminucin de presin hacia abajo desde el orificio.
Algunos tipos de placas de orificio
1. La concntrica: sirve para lquidos 2. La excntrica: para los gases 3. La segmentada cuando los fluidos contienen un alto porcentaje de gases disueltos.
ECUACIN DE UNA PLACA DE ORIFICIO
Orificio de orilla recta:
BOQUILLA O TOBERA DE FLUJOEs una contraccin gradual de la corriente de flujo seguida de una seccin cilndrica recta y corta.
BOQUILLAPara calcular el valor de C, tenemos la siguiente expresin: C = 0.9975 - 0.00653 (106 / NR)a a= 0.5 a=0.2A grandes valores de Reynolds (106) C es superior a 0.99.
Medidores de rea variable
Los medidores de rea variable pertenecen al grupo de los llamados medidores diferenciales de presin.Esta clase de medidores presenta una reduccin de la seccin de paso del fluido, dando lugar a que el fluido aumente su velocidad, lo que origina un aumento de su energa cintica y, por consiguiente, su presin tiende a disminuir en una proporcin equivalente, de acuerdo con el principio de la conservacin de la energa, creando una diferencia de presin esttica entre las secciones aguas arriba y aguas abajo del medidor.
ESPECIFICACIONESEl Rotmetro: tiene un flotador (indicador) que se mueve libremente dentro de un tubo vertical ligeramente cnico, con el extremo angosto hacia abajo. El fluido entra por la parte inferior del tubo y hace que el flotador suba hasta que el rea anular entre l y la pared del tubo sea tal, que la cada de presin 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 posicin del flotador indica el gasto o caudal.
TIPOS Y MATERIALES DE LOS FLOTADORESTipos
de flotadores:
MaterialAluminio Bronce Durimet
Densidad (g/ml)2.72 8.78 8.02
Cilndrico con borde plano: caudales mayores y mayor gama de fluidos.
Cilndrico con borde saliente de cara inclinada a favor del flujo, disminuyendo su afectacin por la viscosidad del medio.
MonelNquel Goma Acero inoxidable 303
8.848.91 1.20 7.92
Acero inoxidable 316Cilndrico con borde saliente en contra del flujo: comparable a una placa de orificio y con el menor efecto de la viscosidad.
8.049.24 8.94 11.38
Hastelloy B Hastelloy C Plomo
TantalioTefln Titanio
16.602.20 4.50
ECUACIONES DEL ROTAMETRO
Q A v Cd A
2Vc g ( c f )
f Ac
Cd
1
cw
El valor de Cd en funcin al # de Reynolds del flotador.
OTROS MEDIDORES DE AREA VARIABLE
FLUXOMETRO DE TURBINA
El fluido provoca que el rotor de la turbina gire a una velocidad que depende de la velocidad del flujo. Conforme cada una de las aspas de rotor pasa a travs de una bobina magntica, se genera un pulso de voltaje que puede alimentarse de un medidor de frecuencia, un contador electrnico u otro dispositivo similar cuyas lecturas puedan convertirse en velocidad de flujo. Velocidades de flujo desde 0.02 L/min hasta algunos miles de L/min se pueden medir con fluxmetros de turbina de varios tamaos.
FLUXOMETRO DE VORTICE
Una obstruccin chata colocada en la corriente del flujo provoca la creacin de vortices a una frecuencia que es proporcional a la velocidad del flujo. Un sensor en el fluxometro detecta los vortices y genera una indicacin en la lectura del dispositivo medidor.
La frecuencia de los vortices creados es directamente proporcional a la velocidad del flujo y, por lo tanto, a la frecuencia del flujo del volumen.Pueden utilizarse en una amplia variedad de fluidos incluyendo lquidos sucios y limpios, as como gases y vapor.
FLUXOMETRO ELECTROMAGNTICO
Basado en la Ley de Faraday. Formado por un tubo, revestido interiormente con material aislante. Sobre dos puntos diametralmente opuestos de la superficie interna se colocan dos electrodos metlicos, entre los cuales se genera la seal elctrica de medida. En la parte externa se colocan los dispositivos para generar el campo magntico, y todo se recubre de una proteccin externa, con diversos grados de seguridad.
FLUXOMETRO DE ULTRASONIDO
Consta de unas Sondas, que trabajan por pares, como emisor y receptor. Los hay dos tipos: a) DOPPLER: Miden los cambios de frecuencia causados por el flujo del lquido. Se colocan dos sensores cada uno a un lado del flujo a medir y se enva una seal de frecuencia conocida a travs del lquido. b) TRNSITO: Tienen transductores colocados a ambos lados del flujo. Las ondas de sonido viajan entre los dispositivos con una inclinacin de 45 respecto a la direccin de flujo del lquido.
SONDAS DE VELOCIDAD
TUBO PITOT.Tubo hueco colocado de tal forma que los extremos abiertos apuntan directamente a la corriente del fluido. La presin en la punta provoca que se soporte una columna del fluido.El fluido dentro de la punta es estacionario o estancado llamado punto de estancamiento.
v1 v2
2 g ( ps p1 ) / 2 g ( ys y1) /
ANEMOMETROS DE COPA
Es el instrumento clsico usado para medir el viento. Los valores demedida empiezan con 0,1 m/s y 1 m/s, dependiendo del diseo. Tiene un eje vertical y tres copas o cazoletas que capturan el viento. El n de revoluciones por segundo son registradas electrnicamente. Normalmente est provisto de una veleta para detectar la direccin del viento.
ANEMOMETRO DE ALAMBRE CALIENTEmide la velocidad del fluido detectando los cambios en la transferencia de calor mediante un pequeo sensor calentando elctricamente (un hilo o una pelcula delgada) expuesto al fluido bajo estudio. El sensor calentado es mantenido a una temperatura constante usando un circuito de control electrnico. La magnitud del aumento de voltaje necesario para mantener la temperatura constante est directamente relacionada con la transferencia de calor y, por tanto, con la velocidad del fluido. Es ideal para la medida de velocidades en fluidos puros (gases, y lquidos) de temperatura uniforme.
MEDIDORES DE FLUJO MASICO
Es una necesidad el tener un control del nivel de masa o cantidad de masa del fluido con el que estamos trabajando. Los medidores de masa son usados para lquidos de densidad variable, lquidos multifase o gases que requieren una directa medicin del nivel de masa.En la actualidad sus aplicaciones han llegado a muchos procesos como lo son, la produccin del gas natural, refineras, qumicas manufactureras, laboratorios cientficos
PRINCIPIOS GENERALESExisten dos clases principales de medidores de masa:1. 2. El medidor de masa inferencial que mide por lo comn el flujo volumtrico del fluido y su densidad por separado. Medidor de masa verdadero, que registra directamente el flujo en unidad de masa. Algunos medidores de flujo masico son:
a) b) c) d) e)
El medidor de efecto Magnus. El medidor de momento transversal para flujo axial El medidor de gasto de masa de momento transversal para flujo radial. El medidor de gasto de masa de momento transversal. El medidor trmico de gasto de masa giroscpico.
El tipo b constituye la base de varios medidores de gasto de masa comerciales, una de cuyas versiones se describir someramente a continuacin
MEDIDOR DE GASTO DE MASA DE MOMENTO TRASNVERSAL PARA FLUJO AXIAL
Tambin conocido como medidor de gasto de masa de momento angular.
Una de las aplicaciones de este principio comprende el uso del flujo axial que pasa por un propulsor activado y una turbina puestos en serie. El propulsor le imparte una cantidad de movimiento o momento angular al fluido que, a su vez, genera un par de fuerza que se comunica a la turbina a la que le impide girar por medio de un resorte. El par, que se puede medir es proporcional a la velocidad de rotacin del propulsor y al gasto.
MEDIDORES DE GASTO DE MASA INFERENCIAL1.
Medidores de carga con compensacin de densidad.Los medidores de carga, como orificios, tubos venturi o boquillas se utilizan con uno de los diversos densitmetros disponibles (por ejemplo basndose en una
fuerza ascensional en un flotador, acoplamiento hidrulico, salida de voltaje de un cristal piezoelctrico o absorcin por radiacin).
La seal proveniente del medidor de carga, es proporcional a V (donde: = densidad del fluido y V=velocidad del fluido), se multiplica por segn la lectura del densitometro. La raz cuadrada del producto es proporcional al gasto de masa.
2.
Medidores de carga con compensacin de velocidad.La seal proveniente del medidor de carga, que es proporcional a V, se divide entre la seal de un velocmetro para obtener una seal proporcional al gasto de masa.
3.
Medidores de velocidad con compensacin de densidad.La seal generada por el velocmetro (por ejemplo, medidor de turbina electromagntico o de velocidad sonica) se multiplica por la seal obtenida en el densitmetro para dar una seal proporcional al gasto de masa.
APARATOS PARA MEDICIONES DE CAUDAL MSICO
Medidores trmicosUn mtodo de determinacin del flujo de masa es por el efecto de transferencia de calor. Se pone en contacto con el fluido una resistencia de platino con una corriente controlada. Esta resistencia sube su temperatura en condiciones sin flujo. Cuando el flujo se inicia, existe una disminucin de temperatura en el sensor por el intercambio de calor con el fluido. La corriente elctrica vara por la propia variacin de la resistencia con la temperatura y esta variacin es proporcional a la nueva
Caudalmetro de CoriolisCon la configuracin del equipo indicado, poniendo a los tubos en oscilacin a una frecuencia fija uno contra otro; el movimiento entre los tubos en U ser estable. Con el ingreso del fluido al sistema, este circular en el primer brazo de la U alejndose del eje de rotacin, mientras que en el segundo brazo de la U estar acercndose al eje de rotacin. Esto generar una fuerza de Coriolis que distorsionar la oscilacin fija en vaco. Esta distorsin ser entonces una funcin de la masa y de la velocidad de flujo. La velocidad angular est fijada por la frecuencia de excitacin.
VENTAJAS DEL CAUDALMETRO Bajo nivel de incertidumbre en la medicin de masa La medicin es altamente independiente de la temperatura, densidad o presin del fluido, slo depende de la masa Principalmente aplicable para lquidos, en un amplio rango, independientemente de la viscosidad Baja cada de presin en el flujo. Capaz de medir caudal msico en ambas direcciones. Costo bastante alto Es importante la limpieza de los tubos oscilantes en forma peridica. Es mayor en tamao que otros caudalmetros
Medidores de masa digitales
Anemmetro de cucharas PCE-A420
Anemmetro PCE-AM81
Caudalmetro msico Coriolis Promass 83
Anemometros de rueda alada serie LCA
(la rueda alada est integrada en el medidor)
Anemmetros de tubo de Pitot-PVM-100 (tubo de Pitot, para altas velocidades de circulacin)
APLICACIONES DE ALGUNOS MEDIDORES DE FLUJO
COMPARATIVA DE LOS DISTINTOS SENSORES DE FLUJO Prdida de presin Exactitud tpica en % 2 a 4 of full scale Medidas y dimetros Efecto viscoso
Sensor de flujo
Lquidos recomendados
Coste Relativo
Orificio
Lquidos sucios y limpios; algunos lquidos viscosos Lquidos viscosos, sucios y limpios Lquidos limpios Lquidos limpios y viscosos
Medio
10 a 30
Alto
Bajo
Tubo Venturi
Bajo
1
5 a 20
Alto
Medio
Tubo Pitot
Muy bajo
3 a 5
20 a 30
Bajo
Bajo
Turbina
Alto
0.25
5 a 10
Alto
Alto
Electromagnet.
Lquidos sucios y limpios; lquidos viscosos y conductores
No
0.5
5
No
Alto
Ultrasonic. (Doppler)
Lquidos sucios y lquidos viscosos Lquidos limpios y lquidos viscosos
No
5
5 a 30
No
Alto
Ultrasonic. (Time-oftravel)
No
1 a 5
5 a 30
No
Alto
CONCLUSIONES
Tener en cuenta que los Medidores de Flujos son dispositivos, que pueden ser utilizado en muchas aplicaciones tecnolgicas, requieren de un buen uso y mantenimiento Los medidores de flujo nos ayudan a controlar y mantener especificaciones de operacin en un proceso