Siempre 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, otros miden la velocidad promedio, y aplicando luego la Ecuación de Continuidad y la Ecuación de la Energía de Bernouilli se calculan la velocidad y el caudal.
DEFINICIONES BÁSICAS
Fluido: Sustancia que se deforma continuamente al ser sometida a una fuerza tangencial, de tal manera que adopta espontáneamente la forma del recipiente que lo contiene.
Flujo: Fluido en movimiento, debido a una diferencia de presiones.
Tipos De Flujo
Flujos Abiertos: canales abiertos, ríos
Flujos Cerrados: tuberías
Flujos Laminares
Flujos Turbulentos
Flujos Cavitantes
FACTORES PARA LA ELECCIÓN DEL TIPO DE MEDIDOR DE FLUIDO
Intervalo de medición
Exactitud y precisión requerida
Pérdida de presión
Tipo de fluido
Tipo de medición
Calibración y configuración
Medio ambiente
Lugar de ubicación
VARIABLES FISICAS APLICABLES
En función del fluido y el tipo de caudal (volumétrico o másico) que se desea medir, se pueden agrupar los sensores por la variable física a transformar para la medición:
Mediciones volumétricas:
Presión diferencial
Área Variable (Rotámetro)
Velocidad (Turbinas)
Tensión Inducida (Medidor Magnético)
Ultrasonido
Vórtex
Mediciones másicas:
a) Compensación de presión y temperatura.
b) Fuerza de Coriolis
Ley de Continuidad
Si la tubería tiene un estrechamiento de sección, el caudal permanece invariable en función a la Ley de Conservación de la Energía.
Pues en el proceso no se agrega ni se extrae volumen del sistema.
Entonces la siguiente ecuación tiene validez y se la denomina la Ecuación de Continuidad para flujos incompresibles.
A1.v1 = A2.v2
Ejercicios
- Por una tubería de 180 m. de longitud y 0,75” de diámetro, circula un fluido a una velocidad de 0,8 m/s. Calcular el caudal en litros/s
- Por una tubería de 25 cm2 de sección, circula agua a la velocidad de 5 m/seg. Determinar el caudal en litros/seg y el tiempo para llenar un tanque de 8 m3.
- Un líquido pasa por una tubería de 10 cm2 de sección a la velocidad de 5 m/seg.; si se desea aumentar la velocidad del fluido a 20 m/seg ¿Cuál será el diámetro en cm. del tubo de salida que se acoplaría?
- Las siguientes preguntas están relacionadas con la figura mostrada:
En la fig., el manómetro indica la presión diferencial de 0,5 m. de Hg
- Hallar la relación VB/VA considerando el diámetro en el punto A, 45 cm. y en el punto B, 15 cm.
- Determinar la velocidad en punto B. Asumir : d= 1 g/cm3 , g = 10 m/s2
- Determinar el caudal en m3/s, considerando el diámetro en el punto A, 45 cm. y en el punto B, 15 cm. Asumir: d= 1g/cm3,, g = 10 m/s2
TIPOS DE MEDIDORES DE FLUJO VOLUMETRICO
MEDIDORES DE PRESIÓN DIFERENCIAL
*Placa de Orificio, Tobera o Boquilla de Flujo, Tubo de Venturi, Tubo de Pitot, Tubo Anubbar
MEDIDORES DE ÁREA VARIABLE
*Rotámetro
MEDIDORES DE VELOCIDAD
*Turbina, Transductores ultrasónicos
MEDIDORES DE FUERZA
* Medidor de Placa
MEDIDORES DE TENSIÓN INDUCIDA
*Medidor magnético de caudal
MEDIDORES DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO
*Disco y Pistón oscilante, Pistón alternativo, rotativos, etc.
MEDIDORES DE TORBELLINO Y VÓRTEX
MEDIDOR OSCILANTE
PLACAS DE ORIFICIO
Cuando una placa de orificio se coloca en forma concéntrica dentro de una tubería, ésta provoca que el flujo se contraiga de repente conforme se aproxima al orificio y después se expande de repente al diámetro total de la tubería. La corriente que fluye a través del orificio forma una vena contracta y la rápida velocidad del flujo resulta en una disminución de presión hacia abajo desde el orificio.
ECUACIÓN DE UNA PLACA DE ORIFICIO
ALGUNOS TIPOS DE PLACAS DE ORIFICIO
- La concéntrica: sirve para líquidos
- La excéntrica: para los gases
- La segmentada cuando los fluidos contienen un pequeño porcentaje de sólidos y gases disueltos.
Desventajas:
El coeficiente de descarga puede cambiar con el tiempo debido al desgaste y la acumulación de suciedad.
Se puede obstruir y reducir el diámetro del orificio. Para evitar esto se utilizan orificios excéntricos y segmentales
Ventajas:
Es económico.
El 50% de los medidores de caudal utilizados en la industria son P.O.
BOQUILLA O TOBERA DE FLUJO
Es una contracción gradual de la corriente de flujo seguida de una sección cilíndrica recta y corta.
La tobera permite caudales 60% superiores a los de placa-orificio en las mismas condiciones de servicio.
Su pérdida de carga es de 30 a 80% de la presión diferencial.
Puede emplearse para fluidos que arrastren sólidos en pequeña cantidad.
La precisión es del orden de +/-0.95 a +/-1.5%.
TUBO DE VENTURI
Es una tubería corta recta, o garganta, entre dos tramos cónicos. La presión varía en la proximidad de la sección estrecha; así, al colocar un manómetro o instrumento registrador en la garganta se puede medir la caída de presión y calcular el caudal instantáneo.
Permite la medición de caudales 60% superiores a los de la placa orificio en las mismas condiciones de servicio y con una pérdida de carga de solo 10 a 20% de la presión diferencial.
Posee una gran precisión y permite el paso de fluidos con un porcentaje relativamente grande de sólidos, si bien los sólidos abrasivos influyen en su forma afectando la exactitud de la medida.
El coste del tubo de Venturi es elevado, su precisión es del orden de +/-0.75%.
TUBO PITOT.
Tubo hueco colocado de tal forma que los extremos abiertos apuntan directamente a la corriente del fluido. La presión 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.
EL TUBO ANNUBAR
Es una variante del tubo de Pitot que dispone de varias tomas, a lo largo de la sección transversal, con lo que se mide la presión total en varios puntos, obteniendo la media de estos valores y evitando el error que produce el tubo de Pitot.
ROTÁMETRO (AREA VARIABLE)
La aplicación del teorema de Bernoulli y del principio de conservación del caudal, puede hacerse igualmente de manera recíproca a la vista anteriormente.
Es decir, se puede hacer variable la sección del paso del fluido y mantener constante la diferencia de presión entre ambos lados de una obturación.
El tubo utilizado tiene una conicidad uniforme y un obturador ranurado, dispuesto en el interior, que es arrastrado por el fluido al que se opone con su peso. El fluido circula de abajo para arriba.
En el paso de un flujo laminar a uno turbulento, la resistencia que ofrece el cuerpo crece abruptamente, pasando su proporcionalidad de v a v2.
Esta condición establece el límite de linealidad del rotámetro, por lo que en su selección debe quedar claramente definido el rango de trabajo posible.
El cuerpo flotante generalmente tiene perforaciones para generar la rotación del cuerpo, para que le otorgue mayor estabilidad (efecto giroscópico) y no se desestabilice variando el área de paso hacia un lado del flujo.
