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Alamán Zárate Marcel Gustavo Flores Piñón Ángel Omar Ocampo Avendaño Mildred Soto Bear Jessica Alejandra
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MEDIDORES DE FLUJO
Medidores de Flujo ÂżPara que usamos mediciones de flujo? ď‚› Razones primordiales
Medidores de Flujo En el comercio existen numerosos ejemplos de transferencia de custodia
Flujo de gasolina se mide conforme se bombea a el tanque de combustible de un automóvil.
Siempre que se esté transfiriendo la custodia de un fluido, existe la necesidad de realizar un conteo de cantidades involucradas
El gas natural → cocinar y para calefacción se mide como se hace con el agua
En la industria tanto en la salida de materia prima como la del producto terminado debe supervisarse en forma continua para para propósitos de conteo interno.
Medidores de Flujo
En la evaluación del funcionamiento Flujo de gasolina en una máquina. El flujo de
aire en un sistema de calefacción. El flujo de sangre durante una cirugía. El flujo de agua a través de un intercambiador de calor.
Medidores de Flujo
En el control de procesos… El
éxito de una operación continua depende en gran medida de la medición y control de flujos.
Por ejemplo, en la fabricación de papel. El flujo de desecho de las maquinas y el flujo del vapor deben supervisarse y controlarse para asegurar un producto uniforme.
Medidores de Flujo
Factores de selección de un medidor de flujo Muchos dispositivos se encuentran disponibles para la medición de flujo. Algunos de ellos miden: Velocidad de flujo de volumen en forma directa. Velocidad promedio del flujo. Otros proporcionan mediciones primarias directas.
Otros requieren de calibración o aplicación de un
coeficiente de descarga a la salida observada del dispositivo.
Medidores de Flujo
La elección del tipo básico de medidor de fluidos y su sistema de indicación depende de: Rango. Exactitud requerida. Perdida de presión.
Tipo de indicación. Tipo de fluido. Calibración.
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Otros factores Tamaño físico del medidor. Costo. Sistema de presión. Habilidad del operador.
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Principio Fundamental Al restringir una corriente de fluido, su presión disminuye en una cantidad que depende del flujo volumétrico a través de la restricción.
La ΔP entre puntos antes y después de la restricción se utiliza para indicar el flujo volumétrico.
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TUBO VENTURI Sección de la garganta Flujo
Manómetro diferencial p1 – p2
El flujo proveniente de la sección 1 se hace acelerar a través de la garganta, donde la presión del fluido disminuye. Luego el flujo se expande a través de una porción divergente hasta alcanzar el mismo diámetro de la sección 1.
Medidores de Flujo
Ecuación de la energía y de la continuidad.
Flujo volumétrico Fluidos incompresibles (líquidos)
Z1 - Z2 = 0 Tubos horizontales hL: pérdida de energía del fluido → C : coeficiente de descarga.
Medidores de Flujo Coeficiente de descarga Relación de la velocidad real de energía a través del tubo Venturi, a la velocidad ideal sin ninguna pérdida de energía. C=0.984
0.3 < β < 0.75
Coeficiente de descarga para un tubo Venturi tipo Herschel..
Medidores de Flujo
BOQUILLA DE FLUJO Es una contracción gradual de la corriente de flujo seguida de una sección cilíndrica, recta y corta. Debido a la contracción gradual y lisa, hay muy poca pérdida de energía entre los puntos 1 y 2. Para número de Reynolds pequeños, la expansión súbita fuera de la garganta de la boquilla ocasiona grandes pérdidas de energía y un valor pequeño de C.
Boquilla de flujo $$$
Medidores de Flujo
Coeficiente de descarga de una boquilla de flujo.
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ORIFICIO Placa plana con un agujero de bordes afilados y un
maquinado con precisión. Al colocarse de forma concéntrica dentro de un tubo, el flujo se contrae y después se expande . La corriente que pasa a través del orificio forma una vena contracta y la velocidad rápida del flujo origina una disminución de la presión corriente abajo del orificio.
Placa de orificio $
Medidores de Flujo
Coeficiente de descarga del orificio.
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ECUACIONES Flujo volumĂŠtrico
Velocidad de flujo
Comparaci贸n de las p茅rdidas de presi贸n para diferentes medidores de flujo.
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Medidores de área variable
El rotámetro es un tipo común de medidor de área variable
El fluido se mueve hacia arriba, a través de un tubo libre que tiene un medidor exacto en su interior. Se suspende un flotador en el fluido proporcional al flujo volumétrico. Las fuerzas hacia arriba, debido al arrastre dinámico del fluido sobre el flotador, y la flotabilidad, balancean con exactitud el peso del flotador Un flujo volumétrico diferente ocasiona que el flotador se mueva y esta posición se mide en una escala graduada.
Medidores de Flujo
Medidor de área variable
El rotámetro de la figura requiere que el fluido sea transparente. El tubo esta limitado en cuanto a capacidad de presión. Los tubos de materiales opacos resisten mayores presiones y la posición del flotador se detecta por medios electromagnéticos.
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Medidor de flujo de turbina Bobina magnética
El fluido hace que el rotor de la turbina gire a una velocidad que depende de flujo volumétrico. Cuando cada álabe del rotor pasa por una bobina magnética, se genera un pulso de voltaje que entra a un medidor de frecuencia. Las lecturas se convierten a flujo volumétrico Las tasas de flujo van de 0.02L/min a varios miles de L/min o gal/min
Medidores de Flujo
Medidor de flujo de vórtice
Se coloca un cuerpo que obstruye la corriente y hace que formen vórtices. Un sensor detecta los vórtices, genera una señal y da una lectura. Se emplea en un rango amplio de fluidos: líquidos limpios y sucios, gases y vapor Se producen por la diferencia de velocidades.
Velocidad baja
La frecuencia de vórtices es proporcional a la velocidad del flujo y por tanto al flujo volumétrico.
Medidores de Flujo
Medidor de flujo de magnético El voltaje generado es proporcional a la velocidad del fluido flujo volumétrico. Electrodo
Principio: Cuando un conductor móvil atraviesa un campo magnético, se induce un voltaje el fluido debe tener cierta conductividad.
Componentes: Tubo alineado con un material no conductor. 2 bobinas electromagnéticas. 2 electrodos montados y separados 180° de la pared del tubo.
detectan el voltaje.
Bobinas electromagnéticas
Medidor de desplazamiento positivo
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Exactitud 1.5%Vm No se utiliza para gases El fluido debe ser líquido limpio y debe poseer cierta viscosidad. Se utiliza como totalizador. En el 10% de las aplicaciones industriales Tiene baja fricción y es de bajo mantenimiento. Ocasiona una pérdida permanente de presión .
Medidores por ultrasonido - Principio de Funcionamiento Estos medidores utilizan emisores y receptores de ultrasonido situados ya sea dentro o fuera de la tubería, son buenos para medir líquidos altamente contaminados o corrosivos, porque se instalan exteriormente a la tubería. Los medidores tienen una exactitud de ±0,5% a ± 5% y una variabilidad del rango entre 20:1 a 75:1 con escala lineal.
Medidores por ultrasonido 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 ángulo (α) con el eje de la tubería. El principio de medición 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 múltiple, se mide la velocidad del fluido en diversos planos y se obtiene un promedio. Este medidor opera con gases y líquidos, pero presenta mejor desempeño 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 está determinada por la siguiente fórmula:
V = - [(D/sen α . cos α)(tab-tba)] / (2tab.tba) Donde: V α
= =
D tab tba
= = =
Velocidad del fluido. Angulo de inclinación del haz de ultrasonido con respecto al eje longitudinal de la tubería. Diámetro interno de la tubería. Tiempo de viaje de la onda del punto a al b. 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 señal de retorno al reflejarse el sonido en partículas contenidas en el fluido. El método está limitado por la necesidad de partículas en suspensión como burbujas o partículas sólidas en la corriente líquida, pero permite medir algunos caudales de fluidos difíciles, tales como mezclas gas-líquido, fangos, entre otros. Tienen las ventajas de que no poseen partes móviles, no añaden caída de presión ni distorsionan el modelo del fluido. Opera con gases y líquidos.
Tubo de 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.
v1 v2
2 g ( ps p1 ) / 2 g ( ys y1) /
El Tubo de Pitot se conecta a un transductor de presión como por ejemplo un manómetro de columna. La presión leída en este transductor corresponde a la presión del punto E que se denomina presión de estancamiento o presión total del flujo en el punto 0.
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.
En la actualidad sus aplicaciones han llegado a muchos procesos como lo son, la producción del gas natural, refinerías, químicas manufactureras, laboratorios científicos
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) 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 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
MEDIDOR DE GASTO DE MASA DE MOMENTO TRASNVERSAL PARA FLUJO AXIAL
Tambi茅n 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 rotaci贸n del propulsor y al gasto.
MEDIDORES DE GASTO DE MASA INFERENCIAL 1.
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.
2.
Medidores de carga con compensación de velocidad. La señal proveniente del medidor de carga, que es proporcional a ρV², se divide entre la señal de un velocímetro para obtener una señal proporcional al gasto de masa.
3.
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.
APARATOS PARA MEDICIONES DE CAUDAL MÁSICO 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.
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.
VENTAJAS DEL CAUDALÍMETRO • Bajo 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 • Principalmente aplicable para líquidos, en un amplio rango, independientemente de la viscosidad • Baja caída de presión en el flujo. • Capaz de medir caudal másico en ambas direcciones. • Costo bastante alto • Es importante la limpieza de los tubos oscilantes en forma periódica. • Es mayor en tamaño que otros caudalímetros
Medidores de masa digitales ď&#x201A;&#x203A; AnemĂłmetro de cucharas PCE-A420
Anemómetro PCE-AM81
Caudalímetro másico Coriolis Promass 83
ď&#x201A;&#x203A;
Anemometros de rueda alada serie LCA (la rueda alada estĂĄ integrada en el medidor)
Anemómetros de tubo de Pitot-PVM-100 (tubo de Pitot, para altas velocidades de circulación)
Medidores de Flujo
Bibliografía
Robert L. Mott. Mecánica de Fluidos. 6ta ed. Ed. Pearson educación. México, 2006. 626 pp.