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Introducción Siempre que se trabaja con un fluido, existe la necesidad de realizar un conteo de la cantidad que se transporta, para lo cual utilizamos.

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1 Introducción 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 y otros miden la velocidad promedio, y aplicando la Ecuación de continuidad y la de energía se calcula la velocidad Algunos de ellos miden la velocidad de flujo de manera directa y otros miden la velocidad promedio, y aplicando la Ecuación de continuidad y la de energía se calcula la velocidad

2 FACTORES PARA LA ELECCIÓN DEL TIPO DE MEDIDOR DE FLUIDO Intervalo de medición Intervalo de medición Exactitud requerida Exactitud requerida Pérdida de presión Pérdida de presión Tipo de fluido Tipo de fluido Tipo de medición Tipo de medición Calibración Calibración Medio ambiente Medio ambiente Lugar de ubicación Lugar de ubicación

3 TIPOS DE MEDIDORES DE FLUJO MEDIDORES DE CABEZA VARIABLE *Tubo de venturi *Placa de Orificio MEDIDORES DE ÁREA VARIABLE *Rotámetro *Fluxometro de turbina *Fluxometro de vortice *Fluxometro electromagnético *Fluxometro de Ultrasonido *Fluxometro de velocidad -Tubo de Pitot -Anemómetro de Copas -Anemómetro de Alambre Caliente MEDIDORES DE FLUJO MASICO: 1. El medidor de masa inferencial que mide por lo común el flujo volumétrico 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) a)El medidor de efecto Magnus. b) b)El medidor de momento transversal para flujo axial c) c)El medidor de gasto de masa de momento transversal para flujo radial. d) d)El medidor de gasto de masa de momento transversal. e) e)El medidor térmico de gasto de masa giroscópico.

4 1. MEDIDORES DE CABEZA VARIABLE 1.1 TUBO DE VÉNTURI 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.

5 ECUACIONES DE UN TUBO DE VENTURI

6 El valor de C depende del número de Reynolds del flujo y de la geometría real del medidor. La siguiente figura muestra una curva típica de C Vs número de Reynolds en la tubería principal. geometríamuestra

7 Placas de orificio: Cuando una placa se coloca en forma concéntrica dentro de una tubería, esta 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. Cuando una placa se coloca en forma concéntrica dentro de una tubería, esta 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.

8 1. La concéntrica: sirve para líquidos 2. La excéntrica: para los gases 3. La segmentada cuando los fluidos contienen un alto porcentaje de gases disueltos. Algunos tipos de placas de orificio

9 ECUACIÓN DE UNA PLACA DE ORIFICIO Orificio de orilla recta:

10 BOQUILLA O TOBERA DE FLUJO Es una contracción gradual de la corriente de flujo seguida de una sección cilíndrica recta y corta.

11 BOQUILLA Para calcular el valor de C, tenemos la siguiente expresión: C = (10 6 / N R ) a a= 0.5 a=0.2 A grandes valores de Reynolds (10 6 ) C es superior a 0.99.

12 Medidores de área variable Los medidores de área variable pertenecen al grupo de los llamados medidores diferenciales de presión. Los medidores de área variable pertenecen al grupo de los llamados medidores diferenciales de presión. Esta clase de medidores presenta una reducción de la sección de paso del fluido, dando lugar a que el fluido aumente su velocidad, lo que origina un aumento de su energía cinética y, por consiguiente, su presión tiende a disminuir en una proporción equivalente, de acuerdo con el principio de la conservación de la energía, creando una diferencia de presión estática entre las secciones aguas arriba y aguas abajo del medidor. Esta clase de medidores presenta una reducción de la sección de paso del fluido, dando lugar a que el fluido aumente su velocidad, lo que origina un aumento de su energía cinética y, por consiguiente, su presión tiende a disminuir en una proporción equivalente, de acuerdo con el principio de la conservación de la energía, creando una diferencia de presión estática entre las secciones aguas arriba y aguas abajo del medidor.

13 ESPECIFICACIONES El Rotámetro: tiene un flotador (indicador) que se mueve libremente dentro de un tubo vertical ligeramente cónico, con el extremo angosto hacia abajo. El fluido entra por la parte inferior del tubo y hace que el flotador suba hasta que el área anular entre él y la pared del tubo sea tal, que la caída de presión 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 posición del flotador indica el gasto o caudal.

14 MaterialDensidad (g/ml) Aluminio2.72 Bronce8.78 Durimet8.02 Monel8.84 Níquel8.91 Goma1.20 Acero inoxidable Acero inoxidable Hastelloy B9.24 Hastelloy C8.94 Plomo11.38 Tantalio16.60 Teflón2.20 Titanio4.50 Tipos de flotadores: Tipos de flotadores: Cilíndrico con borde plano: caudales mayores y mayor gama de fluidos. Cilíndrico con borde plano: caudales mayores y mayor gama de fluidos. Cilíndrico con borde saliente de cara inclinada a favor del flujo, disminuyendo su afectación por la viscosidad del medio. Cilíndrico con borde saliente de cara inclinada a favor del flujo, disminuyendo su afectación por la viscosidad del medio. Cilíndrico con borde saliente en contra del flujo: comparable a una placa de orificio y con el menor efecto de la viscosidad. Cilíndrico con borde saliente en contra del flujo: comparable a una placa de orificio y con el menor efecto de la viscosidad. TIPOS Y MATERIALES DE LOS FLOTADORES

15 ECUACIONES DEL ROTAMETRO El valor de Cd en función al # de Reynolds del flotador.

16 FLUXOMETRO DE TURBINA 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 través de una bobina magnética, se genera un pulso de voltaje que puede alimentarse de un medidor de frecuencia, un contador electrónico 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 fluxómetros de turbina de varios tamaños. OTROS MEDIDORES DE AREA VARIABLE

17 FLUXOMETRO DE VORTICE FLUXOMETRO DE VORTICE Una obstrucción chata colocada en la corriente del flujo provoca la creación de vortices a una frecuencia que es proporcional a la velocidad del flujo. Un sensor en el fluxometro detecta los vortices y genera una indicación 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 líquidos sucios y limpios, así como gases y vapor.

18 FLUXOMETRO ELECTROMAGNÉTICO 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 metálicos, entre los cuales se genera la señal eléctrica de medida. En la parte externa se colocan los dispositivos para generar el campo magnético, y todo se recubre de una protección externa, con diversos grados de seguridad. 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 metálicos, entre los cuales se genera la señal eléctrica de medida. En la parte externa se colocan los dispositivos para generar el campo magnético, y todo se recubre de una protección externa, con diversos grados de seguridad.Ley seguridadLey seguridad

19 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 líquido. Se colocan dos sensores cada uno a un lado del flujo a medir y se envía una señal de frecuencia conocida a través del líquido. b)TRÁNSITO: Tienen transductores colocados a ambos lados del flujo. Las ondas de sonido viajan entre los dispositivos con una inclinación de 45º respectoondas a la dirección de flujo del líquido.dirección

20 SONDAS DE VELOCIDAD TUBO PITOT. 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.

21 ANEMOMETROS DE COPA Es el instrumento clásico usado para medir el viento. Los valores de medida empiezan con 0,1 m/s y 1 m/s, dependiendo del diseño. Tiene un eje vertical y tres copas o cazoletas que capturan el viento. El n° de revoluciones por segundo son registradas electrónicamente. Es el instrumento clásico usado para medir el viento. Los valores de medida empiezan con 0,1 m/s y 1 m/s, dependiendo del diseño. Tiene un eje vertical y tres copas o cazoletas que capturan el viento. El n° de revoluciones por segundo son registradas electrónicamente. Normalmente está provisto de una veleta para detectar la dirección del viento.

22 ANEMOMETRO DE ALAMBRE CALIENTE mide la velocidad del fluido detectando los cambios en la transferencia de calor mediante un pequeño sensor calentando eléctricamente (un hilo o una película delgada) expuesto al fluido bajo estudio. El sensor calentado es mantenido a una temperatura constante usando un circuito de control electrónico. La magnitud del aumento de voltaje necesario para mantener la temperatura constante está 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 líquidos) de temperatura uniforme.

23 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 líquidos de densidad variable, líquidos multifase o gases que requieren una directa medición del nivel de masa. 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 líquidos de densidad variable, líquidos multifase o gases que requieren una directa medición del nivel de masa. En la actualidad sus aplicaciones han llegado a muchos procesos como lo son, la producción del gas natural, refinerías, químicas manufactureras, laboratorios científicos

24 PRINCIPIOS GENERALES Existen dos clases principales de medidores de masa: 1.El medidor de masa inferencial que mide por lo común el flujo volumétrico 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) a)El medidor de efecto Magnus. b) b)El medidor de momento transversal para flujo axial c) c)El medidor de gasto de masa de momento transversal para flujo radial. d) d)El medidor de gasto de masa de momento transversal. e) e)El medidor térmico de gasto de masa giroscópico. El tipo b constituye la base de varios medidores de gasto de masa comerciales, una de cuyas versiones se describirá someramente a continuación

25 MEDIDOR DE GASTO DE MASA DE MOMENTO TRASNVERSAL PARA FLUJO AXIAL También 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 rotación del propulsor y al gasto.

26 MEDIDORES DE GASTO DE MASA INFERENCIAL Medidores de carga con compensación de densidad. Los medidores de carga, como orificios, tubos venturi o boquillas se utilizan con uno de los diversos densitómetros disponibles ( por ejemplo basándose en una fuerza ascensional en un flotador, acoplamiento hidráulico, salida de voltaje de un cristal piezoeléctrico o absorción por radiación ). La señal proveniente del medidor de carga, es proporcional a ρV² ( donde: ρ = densidad del fluido y V=velocidad del fluido ), se multiplica por ρ según la lectura del densitometro. La raíz cuadrada del producto es proporcional al gasto de masa.

27 2. 2. Medidores de carga con compensación de velocidad. La señal proveniente del medidor de carga, que es proporcional a ρV ², se divide entre la señal de un velocímetro para obtener una señal proporcional al gasto de masa Medidores de velocidad con compensación de densidad. La señal generada por el velocímetro ( por ejemplo, medidor de turbina electromagnético o de velocidad sonica ) se multiplica por la señal obtenida en el densitómetro para dar una señal proporcional al gasto de masa.

28 APARATOS PARA MEDICIONES DE CAUDAL MÁSICO Medidores térmicos Medidores térmicos Un método de determinación 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 disminución de temperatura en el sensor por el intercambio de calor con el fluido. La corriente eléctrica varía por la propia variación de la resistencia con la temperatura y esta variación es proporcional a la nueva temperatura del sensor. Un método de determinación 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 disminución de temperatura en el sensor por el intercambio de calor con el fluido. La corriente eléctrica varía por la propia variación de la resistencia con la temperatura y esta variación es proporcional a la nueva temperatura del sensor.

29 Caudalímetro de Coriolis Caudalímetro de Coriolis Con la configuración del equipo indicado, poniendo a los tubos en oscilación a una frecuencia fija uno contra otro; el movimiento entre los tubos en U será estable. Con el ingreso del fluido al sistema, este circulará en el primer brazo de la U alejándose del eje de rotación, mientras que en el segundo brazo de la U estará acercándose al eje de rotación. Esto generará una fuerza de Coriolis que distorsionará la oscilación fija en vacío. Esta distorsión será entonces una función de la masa y de la velocidad de flujo. La velocidad angular está fijada por la frecuencia de excitación. Con la configuración del equipo indicado, poniendo a los tubos en oscilación a una frecuencia fija uno contra otro; el movimiento entre los tubos en U será estable. Con el ingreso del fluido al sistema, este circulará en el primer brazo de la U alejándose del eje de rotación, mientras que en el segundo brazo de la U estará acercándose al eje de rotación. Esto generará una fuerza de Coriolis que distorsionará la oscilación fija en vacío. Esta distorsión será entonces una función de la masa y de la velocidad de flujo. La velocidad angular está fijada por la frecuencia de excitación.

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31 VENTAJAS DEL CAUDALÍMETRO Bajo nivel de incertidumbre en la medición de masaBajo nivel de incertidumbre en la medición de masa La medición es altamente independiente de la temperatura, densidad o presión del fluido, sólo depende de la masa La medición es altamente independiente de la temperatura, densidad o presión del fluido, sólo depende de la masa Principalmente aplicable para líquidos, en un amplio rango, independientemente de la viscosidad Principalmente aplicable para líquidos, en un amplio rango, independientemente de la viscosidad Baja caída de presión en el flujo. Baja caída de presión en el flujo. Capaz de medir caudal másico en ambas direcciones. Capaz de medir caudal másico en ambas direcciones. Costo bastante altoCosto bastante alto Es importante la limpieza de los tubos oscilantes en forma periódica. Es importante la limpieza de los tubos oscilantes en forma periódica. Es mayor en tamaño que otros caudalímetros Es mayor en tamaño que otros caudalímetros

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33 Medidores de masa digitales Anemómetro de cucharas PCE-A420 Anemómetro de cucharas PCE-A420

34 Anemómetro PCE-AM81 Anemómetro PCE-AM81

35 Caudalímetro másico Coriolis Promass 83 Caudalímetro másico Coriolis Promass 83 Caudalímetro másico Coriolis Promass 83 Caudalímetro másico Coriolis Promass 83

36 Anemometros de rueda alada serie LCA (la rueda alada está integrada en el medidor) Anemometros de rueda alada serie LCA (la rueda alada está integrada en el medidor) Anemometros de rueda alada serie LCA Anemometros de rueda alada serie LCA

37 Anemómetros de tubo de Pitot-PVM-100 (tubo de Pitot, para altas velocidades de circulación) Anemómetros de tubo de Pitot-PVM-100 (tubo de Pitot, para altas velocidades de circulación)Anemómetros de tubo de Pitot-PVM-100Anemómetros de tubo de Pitot-PVM-100

38 COMPARATIVA DE LOS DISTINTOS SENSORES DE FLUJO Sensor de flujo Líquidos recomendados Pérdida de presión Exactitud típica en % Medidas y diámetros Efecto viscoso Coste Relativo Orificio Líquidos sucios y limpios; algunos líquidos viscosos Medio ±2 a ±4 of full scale 10 a 30 AltoBajo Tubo Venturi Líquidos viscosos, sucios y limpios Bajo±1 5 a 20 AltoMedio Tubo Pitot Líquidos limpios Muy bajo ±3 a ±5 20 a 30 BajoBajo Turbina Líquidos limpios y viscosos Alto± a 10 AltoAlto Electromagnet. Líquidos sucios y limpios; líquidos viscosos y conductores No±0.55NoAlto Ultrasonic. (Doppler) Líquidos sucios y líquidos viscosos No±5 5 a 30 NoAlto Ultrasonic. (Time-of- travel) Líquidos limpios y líquidos viscosos No ±1 a ±5 5 a 30 NoAlto APLICACIONES DE ALGUNOS MEDIDORES DE FLUJO

39 CONCLUSIONES Tener en cuenta que los Medidores de Flujos son dispositivos, que pueden ser utilizado en muchas aplicaciones tecnológicas, requieren de un buen uso y mantenimiento Tener en cuenta que los Medidores de Flujos son dispositivos, que pueden ser utilizado en muchas aplicaciones tecnológicas, requieren de un buen uso y mantenimiento Los medidores de flujo nos ayudan a controlar y mantener especificaciones de operación en un proceso Los medidores de flujo nos ayudan a controlar y mantener especificaciones de operación en un proceso


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