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• CarlosAZea

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Act. 10: Trabajo Colaborativo 2 PRÁCTICA No 3 – MEDIDAD DE CAUDAL (FLUJO)

CURSO

INTRUMENTACIÓN INDUSTRIAL

UNIVERSIDAD NACONAL ABIERTA Y A DISTANCIA COLOMBIA

INTRODUCCIÓN Esta investigación tiene como objetivo principal estudiar el efecto, funcionamiento y las aplicaciones tecnológicas de algunos aparatos medidores de flujo el cual su invención data de los años 1.800, como el Tubo Vénturi, donde su creador luego de muchos cálculos y pruebas logró diseñar un tubo para medir el gasto de un fluido, es decir la cantidad de flujo por unidad de tiempo. Principalmente su función se basó en esto, y luego con posteriores investigaciones para aprovechar las condiciones que presentaba el mismo, se llegaron a encontrar nuevas aplicaciones como la de crear vacío a través de la caída de presión. Luego a través de los años se crearon aparatos como los rotámetros y los fluxómetros que en la actualidad cuenta con la mayor tecnología para ser más precisos en la medición del flujo. También tener siempre presente la selección del tipo de medidor, como los factores comerciales, económicos, para el tipo de necesidad que se tiene etc. El futuro ingeniero debe enfrentarse con diferentes tipos de mediciones industriales que conlleven a mejorar la competencia, unificar los criterios, el implementar controles e investigar la eficiencia y eficacia de los sistemas de medición, dando como resultado la confiabilidad en los sistemas, reduciendo por consiguiente las inconsistencias en la medición y el reporte de volúmenes con baja incertidumbre

OBJETIVOS

.



Conocer y comprender los diferentes tipos de medidores de caudal.



Mirar la importancia de elegir el instrumento adecuado a la hora de medir el caudal de un líquido.



Comprender el funcionamiento de los diferentes tipos de medidores de caudal, sus características y factores que influyen en la medición

Coeficiente de Descarga Medidores de Caudal El coeficiente de descarga es un factor adimensional característico de la válvula, que permite calcular el caudal (Q) con el que desembalsa una válvula en función del nivel del fluido en el embalse o reserva (Δh).

(líquidos) Q: Caudal Δh: Diferencia de altura D: Diámetro tubería C: Coeficiente de descarga g: gravedad

A diferencia del coeficiente de caudal, el coeficiente de descarga es adimensional y prácticamente de valor constante para cualquier diámetro de un mismo modelo. Los fabricantes suelen facilitar el coeficiente de descarga de la válvula en posición totalmente abierta, es decir máxima descarga. Contra mayor es el valor del coeficiente, a una misma diferencia de altura del embalse, más caudal y por lo tanto más rápido podrá desembalsarse el depósito a través de la válvula. Las válvulas de cono fijo, son válvulas de descarga, y como tales vienen caracterizadas por el coeficiente de descarga en vez del coeficiente de caudal. Su valor está entre C=0,75 y C=0,85. Teóricamente, para cada diámetro en particular podríamos encontrar la equivalencia entre los coeficiente de descarga y de caudal.

MEDIDORES DE ORIFICIO

Son dispositivos que consisten en una reducción en la sección de flujo de una tubería, de modo que se produzca una caída de presión, a consecuencia del aumento de velocidad.

Haciendo un balance de energía entre el orificio (punto 1) y la sección posterior al orificio (punto 2), despreciando las pérdidas por fricción tenemos:

.....(1)

Para un fluido incomprensible y de la ecuación de continuidad:

.................................(2) Sustituyendo 2 en 1:

.......(3) Despejando v1 y sabiendo que D1 = Dorificio

........(4) En caso de que se consideren las pérdidas de fricción, es necesario agregar el coeficiente de orificio Co, teniendo lo siguiente:

....(5) Siendo v1: velocidad en el orificio. Si se requiere conocer el Caudal:

.....(6) Co: Coeficiente de orificio o coeficiente de descarga para el caudal. Este coeficiente varía entre 0.6 y 0.62 para orificios concéntricos de bordes afilados y si el Número de Reynolds es mayor de 20 000 y si la toma posterior está en la vena contracta. D0: Diámetro de orificio. D2: Diámetro de la tubería.

Usualmente el diámetro del orificio está entre 50 y 76% del diámetro de la tubería. La toma corriente arriba debe quedar a una distancia correspondiente a un diámetro de la tubería de la cara del orificio y la de corriente abajo a una distancia de 0.5 del mismo diámetro, D2. En los medidores instalados la manera más simple de obtener la caída de presión consiste en el empleo de un manómetro diferencial en “U”. La pérdida de carga o pérdidas permanentes por fricción se obtienen por:

...(7) Para gases la ecuación debe modificarse mediante un factor empírico que, para el caso de comportamiento ideal es:

....(8) Siendo K la relación de las capacidades caloríficas a presión y volumen constantes.

....(9)

Por lo tanto:

....(10) Las ecuaciones anteriores se aplican cuando las tomas de presión están situadas en las bridas, 1 diámetro de la tubería antes de la placa y 0.5 diámetro después, si la toma posterior está situada después de la vena contracta se utiliza un factor K que es función de la relación  para Reynolds mayores de 20 000.

Donde:

....(11)

TUBO VENTURI

Este medidor fue inventado por Clemens Herschel en 1881 y lleva el nombre de Venturi por el científico italiano que fue el primero en experimentar en tubos divergentes. Este medidor es el más exacto teniendo una mínima pérdida de presión permanente y permitiendo el paso de 1.6 veces más el flujo que la placa de orificio. El aparato está formado por tres secciones principales, una convergente con ángulo menor a 7°, una sección intermedia que constituye la garganta o estrechamiento y una divergente.

La ecuación para obtener la velocidad se deduce de manera similar a la de un medidor de orificio.

...(12) v1: velocidad en la garganta. D1: Diámetro de la garganta. D2: Diámetro de la tubería. Cv: Coeficiente de descarga; su valor medio es de 0.98. Las pérdidas de presión no recuperables son del 10% de la caída de presión marcada en el manómetro diferencial.

ROTÁMETRO

Consiste esencialmente de un flotador indicador que se mueve libremente en un tubo vertical ligeramente cónico con el extremo de menor diámetro en la parte inferior. El fluido entra por la parte inferior del tubo y ejerce una fuerza ascendente sobre la base del flotador; al subir el flotador permite que pase una determinada cantidad de flujo por el área anular, área formada entre el flotador y la pared del tubo y será tal que la caída de presión en ese estrechamiento baste para equilibrar la fuerza de gravedad y el peso del flotador, en ese momento el flotador permanece estacionario en algún punto del tubo. La pérdida de presión se mantiene constante sobre el intervalo completo del flujo. Entonces para cada flujo. El flotador alcanza una altura determinada. El tubo cónico lleva grabada una escala lineal en unidades del flujo o indica el porcentaje del flujo máximo. Los rotámetros no necesitan tramos rectos de tubería antes y después del punto donde se instalan.

La ecuación correspondiente al flujo ó caudal (Ca) viene dada por:

....(14) Cada magnitud tiene el significado indicado en la figura anterior y K es el coeficiente del rotámetro. Generalmente el rotámetro se calibra con el fluido para el cual se empleará como medidor del caudal. Sin embargo, si se calibra con un fluido A de densidad A y

después se emplea para medir el caudal de otro fluido B de B, la relación de caudales viene dada por:

....(15)

Transmisor de presión diferencial.

Trasmisor de presión diferencial con sensor de caudal tipo “Venturi” Este sensor disminuye la presión aumentando la velocidad de flujo de un circuito cerrado de inyección de aceite de una unidad generadora, ubicada en la central hidroeléctrica PORCE III. Nota: se observa en la foto la toma de presión que es igual a la altura 1 (h1) y la toma de presión 2 que es igual a la altura 2 (h2) con la cual el transmisor inteligente transforma la diferencia de presión en flujo.

2. SW de flujo: es un protector contra flujos o igualador de flujo.

3. Flujometro: indica la cantidad de flujo que pasa a través de un sistema, dependiendo de la magnitud del sistema será la unidad de medida.

Medición de caudal: equivale a: Q= V*A V= velocidad A= área La medición garantiza la confiabilidad en un proceso, para gestión de calidad.

Práctica Medida de Caudal (flujo) Entendemos que en la instrumentación industrial la medición de flujo es uno de los aspectos más importantes en el control de procesos, se podría decir, que es la variable más comúnmente medida. Por lo tanto es necesario conocer el principio de operación y características de funcionamiento de los diferentes medidores de flujo, así como las condiciones y factores que pueden alterar las medidas, como son presión, temperatura, humedad viscosidad, densidad entre otras. Dificultades en la práctica. Teniendo en cuenta la importancia de la medición de flujo y lo provechoso y necesario que sería la práctica me dispuse contactar en la UNAD Cead Medellín, al tutor Georffrey Acevedo González encargado de las practicas sobre instrumentación industrial de las cuales figuran dos laboratorios, según archivo de prácticas para el segundo periodo del 2011 en el Cead Medellín. En conversación telefónica con el tutor Georffrey las prácticas sobre instrumentación industrial quedaron canceladas debido a que no tienen los elementos no los recursos para tal fin, que él sugiere que haga las prácticas de manera virtual. Si ni siquiera en mi Universidad me pueden brindar los medios para realizar tan importantes prácticas, porque aún sabiendo que se pueden simular de manera virtual con algún programa, no lo hacen. Ante la dificultad de hacer el laboratorio de manera física, se debiera impartir una práctica específica de realización de esos instrumentos virtuales. No obstante por las ganas que teníamos de hacer las prácticas varios compañeros del mismo grupo, buscamos y tocamos puertas en otras universidades para conseguir hacer el laboratorio. Fue así como en la Universidad Cooperativa de Colombia sede Buenos Aires (Medellín) nos trataron de ayudar, ya que fuimos allí y un profesor nos mostró y nos dio la información sobre la Estación para fluidos y manometría, pero no pudimos hacer las prácticas adecuadamente ya que necesitábamos una orden o una solicitud de la UNAD para que nos dieran las practicas completas. Por tal motivo no pudimos realizar el laboratorio correspondiente a medición de caudal en los dispositivos tubo vénturi u placa orificio, porque se debía programar un laboratorista para tal fin. Sin embargo con la información que nos alcanzaron a dar y la explicación sobre la estación de fluidos, pudimos realizar una práctica sobre descarga de un tanque de agua por medio de un orificio lateral y sacar así la velocidad de salida y el caudal de descarga por medio del orificio.

Cálculo del Caudal

PT 1=PT 2

( C V +C P +C Pres ) 1=( C V +C P +C Pres ) 2 2

2

V1 P V P +Z 1 + 1 = 2 + Z 2+ 2 2g γ 2g γ Para las condiciones del tanque tenemos que: V 21 =0 2g P1 =0 γ Entonces:

Z 2=0 P2 =0 γ

2

Z 1=

V2 2g V s= √ 2∗g∗Z 1

Datos del orificio de salida del agua: D=7 mm

A=

Z1 cms 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Q=V s∗A

π D2 4 Vs m/s 0.00 0.44 0.63 0.77 0.89 0.99 1.08 1.17 1.25 1.33 1.40

Q=V*A lit/min 0.00 1.02 1.45 1.77 2.05 2.29 2.51 2.71 2.89 3.07 3.23

Curva de descarga de Velocidad de salida y caudal del fluido

Vs Q=V*A

Estación para fluidos y manometría

PARTE 2: Consulta sobre metrología legal en Colombia. LA METROLOGÍA EN COLOMBIA La metrología legal en Colombia es controlada y desarrollada por la Superintendencia de Industria y Comercio (SIC) y más propiamente en el Centro de Control de Calidad y Metrología (CCCM).

Por resolución número 140 del 4 de febrero de 1994, por la cual se establece el procedimiento para la acreditación y se regulan las actividades que se realicen dentro del Sistema Nacional de Normalización, Certificación y Metrología, se le confiere a la SIC: “Establecer, coordinar, dirigir y vigilar los programas nacionales de control industrial de calidad, pesos, medidas y metrología que considere indispensables para el adecuado cumplimiento de sus funciones”, así como “Acreditar y supervisar”: 

Organismos de certificación



Laboratorios de pruebas y ensayos



Laboratorios de calibración



Organismos de inspección y ensayo

Con el fin de tener una infraestructura amplia, se crea REMEC, que es la Red de Laboratorios de Metrología, en la cual, todo laboratorio que realice calibraciones, tienen el compromiso de prestar obligatoriamente servicios a quién los solicite, sin discriminación alguna. Posteriormente aparece ASOREMEC, que es la Asociación de la Red de Laboratorios de Metrología, la cual tiene el fin de defender los derechos de los laboratorios de metrología acreditados y participar activamente en el direccionamiento de la metrología en Colombia. En la figura siguiente, se presenta la estructura de la SIC y en la figura próxima, la estructura colombiana para obtener mediciones confiables.

Estructura de la Superintendencia de Industria y Comercio Figura # 2

Mediciones Confiables “Caso Colombia”

NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC-ISO 9001 – 94 CONTROL DEL EQUIPO DE INSPECCIÓN, MEDICIÓN Y ENSAYO Generalidades El proveedor debe establecer y mantener actualizados procedimientos documentados para controlar, calibrar y mantener el equipo de inspección, medición y ensayo (incluyendo software de ensayos) utilizado por el proveedor para demostrar que el producto cumple los requisitos especificados. El equipo de inspección, medición y ensayo se debe usar en tal forma que se asegure que la incertidumbre de !a medición se conozca y que sea consistente con la capacidad de medición requerida. En los casos en que se utilice software de ensayo o referencias comparativas tales como hardware de ensayo, como formas adecuadas de inspección, éstas se deben comprobar para demostrar que tienen capacidad de verificar la aceptabilidad del producto, antes de liberarla para el uso, durante la producción, la instalación, o el servicio asociado; y se deben comprobar de nuevo a intervalos prescritos. El proveedor debe establecer el alcance y la frecuencia de esas comprobaciones, y debe conservar registros como evidencia de control. Cuando la disponibilidad de datos técnicos relativos al equipo de inspección, medición y ensayo sea un requisito especificado, tales datos deben ser disponibles, cuando los requiera el cliente o el representante del cliente, para verificar que el equipo de medición y ensayo es funcionalmente adecuado.

Nota 17. Para los propósitos de esta norma el término “equipo de medición’ incluye dispositivos de medición. Procedimiento de control El proveedor debe: a)

Determinar las mediciones por hacer, la exactitud requerida, y seleccionar el equipo adecuado de inspección, medición y ensayo capaz de dar la exactitud y la precisión necesarias.

b)

Identificar todo el equipo de inspección, medición y ensayo, que pueda afectar la calidad del producto, y calibrar y ajustar ese equipo a intervalos prescritos, o antes del uso contra equipo certificado que tenga una relación válida conocida con patrones reconocidos internacional o nacionalmente. En los casos en que no existan esos patrones, se debe documentar la base utilizada para la calibración.

c)

Definir el proceso utilizado para la calibración del equipo de inspección, medición y ensayo, incluyendo detalles del tipo de equipo, la identificación única, la localización, la frecuencia de las comprobaciones, el método de comprobación, los criterios de aceptación y la acción por tomar cuando los resultados no sean satisfactorios.

d)

Identificar el equipo de inspección, medición y ensayo con un indicador adecuado o con un registro de identificación aprobado para mostrar el estado de calibración.

e)

Conservar registros de calibración para el equipo de inspección, medición y ensayo (ver el numeral 4.16).

f)

Evaluar y documentar la validez de los resultados de inspección y ensayo previos, cuando se encuentra que el equipo de inspección, medición y ensayo está descalibrado.

g)

Asegurar que las condiciones ambientales sean adecuadas para la calibración, las inspecciones, las mediciones y los ensayos que se estén llevando a cabo.

h)

Asegurar que el manejo, la preservación y el almacenamiento del equipo de inspección, medición y ensayo sean de tal índole que se mantengan la exactitud y la aptitud para el uso.

i)

Proteger las instalaciones de inspección, medición y ensayo, incluyendo tanto el hardware como el software de ensayo, de ajustes que puedan invalidar el reglaje de calibración.

PROYECTO DE NORMA NTC-ISO 9001-2000

CONTROL DE LOS EQUIPOS DE MEDICIÓN Y SEGUIMIENTO La organización debe identificar las mediciones por realizar y los equipos de medición y seguimiento requeridos para asegurar la conformidad del producto con los requisitos especificados Los equipos de medición y seguimiento deben utilizarse y controlarse para asegurar que la capacidad de medición es consistente con los requisitos de medición. Cuando sea aplicable, los equipos de medición y seguimiento deben: a) Calibrarse y ajustarse periódicamente o antes de su uso, contra equipos trazables a patrones nacionales o internacionales; cuando no existan tales patrones, debe registrarse la base utilizada para la calibración. b) Protegerse contra ajustes que puedan invalidar la calibración c) Protegerse de daños y deterioros durante el manejo, mantenimiento y almacenamiento d) Tener registrados los resultados de su calibración (véase numeral 5.5.7 “Control de los registros de calidad”) e) Tener reevaluada la validez de los resultados previos, cuando se encuentre que un equipo está fuera de calibración y haber tomado acciones correctivas Nota: Véase la norma ISO 10012 para orientación El software utilizado para la medición y, el seguimiento de registros especificados debe ser validado antes de su utilización PROYECTO DE NORMA NTC 3007 EQUIPO El laboratorio debe equiparse con todos los elementos de muestreo, equipo de medición y ensayo requerido para el correcto desempeño de los ensayos y/o calibraciones (incluyendo el muestreo, preparación de elementos de ensayo y/o calibración, procesamiento y análisis de datos de ensayo y/o calibración). El equipo y su software empleado para ensayo, calibración y muestreo, debe ser capaz de alcanzar la exactitud requerida y debe cumplir con las especificaciones pertinentes a los ensayos y/o calibraciones en cuestión. Se deben establecer programas de calibración para cantidades o valores de los instrumentos claves

donde dichas propiedades tengan un efecto significativo sobre los resultados. Se debe calibrar o revisar el equipo (incluyendo el empleado para muestreo) antes de ponerse en servicio a fin de establecer si reúne los requisitos de las especificaciones del laboratorio y si cumple las especificaciones normalizadas pertinentes. Se debe revisar y/o calibrar antes de utilizarse. Los equipos deben ser operados por personal autorizado. Las instrucciones actualizadas sobre el uso y mantenimiento del equipo (incluyendo cualquier manual pertinente suministrado por el fabricante) deben encontrarse fácilmente disponibles para que el personal adecuado del laboratorio las emplee. Cada elemento del equipo y su software empleado para ensayo y calibración y que sea importante para el resultado, debe ser identificado de manera única, cuando sea práctico. Se deben mantener registros de cada elemento del equipo y su software que sea importante para los ensayos y/o calibraciones realizadas. Los registros deben incluir por lo menos lo siguiente: a) la identidad del elemento del equipo y su software; b) el nombre del fabricante, la identificación del tipo y el número serial u otra identificación única; c) verificaciones de que el equipo cumple con la especificación; d) la ubicación actual, cuando sea apropiado; e) las instrucciones del fabricante, si se encuentran disponibles, o referencia a su ubicación; f) fechas, resultados y copias de informes y certificados de todas las calibraciones, ajustes, criterios de aceptación y la fecha correspondiente a la siguiente calibración; g) el plan de mantenimiento, cuando sea apropiado, y el mantenimiento realizado hasta la fecha; h) cualquier daño, mal funcionamiento, modificación o reparación del equipo. El laboratorio debe tener procedimientos para el manejo seguro, transporte, almacenamiento, uso y mantenimiento planeado seguros del equipo de medición para asegurar el funcionamiento adecuado y evitar la contaminación o deterioro. NOTA: Pueden ser necesarios procedimientos adicionales cuando el equipo cumplan los requisitos de esta norma.

Cada vez que sea práctico, se debe etiquetar. Codificar o, de otra manera, identificar todo el equipo bajo control del laboratorio y que requiere calibración para indicar el estado de calibración, incluyendo la fecha de la última calibración y la fecha o criterios de expiración por los que se deba realizar una nueva calibración. Cuando, por cualquier razón, el equipo salga del control directo del laboratorio, el laboratorio debe asegurar que el estado de función y calibración del equipo es verificado y muestra ser satisfactoria, antes de retornarlo al servicio técnico. Cuando se requieran verificaciones intermedias para mantener la confiabilidad del estado de calibración del equipo, estas verificaciones se deben llevar a cabo de acuerdo con un procedimiento definido. Donde las calibraciones dan origen a un conjunto de factores de corrección, el laboratorio debe tener procedimientos que garanticen que esas copias son correctamente actualizadas.( por ej., en software de computador). El equipo de ensayo y calibración, incluyendo tanto hardware como software, debe encontrarse salvaguardado de ajustes que puedan invalidar los resultados del ensayo y/o calibración.

CONCLUSIONES Después de haber realizado el anterior trabajo podemos sacar como conclusión: Tener en cuenta que los Medidores de Flujos son dispositivos, el cual pueden ser utilizado en muchas aplicaciones tecnológicas y aplicaciones de la vida diaria, en donde conociendo su funcionamiento y su principio de operación se puede entender de una manera más clara la forma en que este nos puede ayudar para solventar o solucionar problemas o situaciones con las cuales son comunes. Reconocer que con la ayuda de un medidor de flujo se pueden diseñar equipos para aplicaciones específicas o hacerle mejoras a equipos ya construidos y que estén siendo utilizados por empresas, en donde se desee mejorar su capacidad de trabajo utilizando menos consumo de energía, menos espacio físico y en general muchos aspectos que le puedan disminuir pérdidas o gastos excesivos a la empresa en donde estos sean necesarios. El Tubo de Venturi es un dispositivo que por medio de cambios de presiones puede crear condiciones adecuadas para la realización de actividades que nos mejoren el trabajo diario, como lo son sus aplicaciones tecnológicas.

REFERENCIAS

Valvias, guía on line de Valvulas y actuadores. [En Línea] Recuperado el 20 de Oct de 2011 en http://www.valvias.com/coeficiente-de-descarga.php Wikipedia. La Biblioteca de contenido libre. Teorema de Torricelli. [En Línea] Recuperado el 20 de oct de 2011 de http://es.wikipedia.org/wiki/Teorema_de_Torricelli Vera. Carlos Alberto. Modulo de instrumentación industrial. Unad. Pamplona. 2011 http://www.monografias.com/trabajos31/medidores-flujo/medidores-flujo.shtml ((Consultado: Octubre 23 de 2011) http://www.spiraxsarco.com/es/pdfs/TI/p176-02.pdf (Consultada octubres 19 de 2011) http://www.industriaynegocios.cl/Academicos/AlexanderBorger/Docts %20Docencia/Seminario%20de%20Aut/trabajos/trabajos%202003/Sem %20Aut%20%20Caudal/web-final/Medidores%20Diferenciales.htm#IMPACTO (Consultada octubres 20 de 2011) http://vlex.com.co/tags/metrologia-legal-cientifica-y-tecnologica-2155977 ((Consultado: Octubre 23 de 2011) http://www.sic.gov.co/en/101 (Consultado: Octubre 23 de 2011)