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INDICE I.

INTRODUCCION .................................................................................................................... 2

II.

MARCO TEORICO .................................................................................................................. 3 2.1

Caudal (Fluido): ............................................................................................................. 3

2.2

Medidores De Presión Diferencial ............................................................................... 3

2.2.1 Tubo Venturi ................................................................................................................ 3 2.2.2 Medidores de orificio .................................................................................................. 5 2.2.3Tubo de pitot ................................................................................................................ 8 2.3 Medidores De Velocidad .................................................................................................... 9 2.3.1 Medidor turbina ........................................................................................................ 10 2.3.2 Medidores ultrasónicos ............................................................................................. 11 2.3.3 Medidores de Flujo tipo Vortex ................................................................................ 12 2.3.4 Medidor electromagnético ....................................................................................... 13 III.

CONCLUSION................................................................................................................... 15

IV.

REFERENCIAS: ................................................................................................................. 15

I.

INTRODUCCION La medición del caudal de fluidos constituye uno de los aspectos más importantes del control de procesos industriales. De hecho, probablemente sea la variable del proceso que se mide con mayor frecuencia. A continuación, se muestra una información con los dispositivos o métodos para medir flujo. Algunos son aplicables solamente a líquidos, otros solamente a gases y vapores; y otros a ambos. El fluido puede ser limpio o “sucio”, seco o húmedo, erosivo o corrosivo. Las condiciones del proceso tales como presión, temperatura, densidad, viscosidad, etc., pueden variar. Todos estos factores afectan la medición y deben ser tomados en cuenta en el momento de seleccionar un medidor de flujo. Es necesario, por lo tanto, conocer el principio de operación y características de funcionamiento de los diferentes medidores de flujo disponibles. Sin tal conocimiento, es difícil seleccionar el medidor más apropiado para una determinada aplicación.

II.

MARCO TEORICO 2.1 Caudal (Fluido): En dinámica de fluidos, caudal es la cantidad de fluido que circula a través de una sección del ducto (tubería, cañería, oleoducto, río, canal,) por unidad de tiempo. Normalmente se identifica con el flujo volumétrico o volumen que pasa por un área dada en la unidad de tiempo. Menos frecuentemente, se identifica con el flujo másico o masa que pasa por un área dada en la unidad de tiempo.

2.2 Medidores De Presión Diferencial

2.2.1 Tubo Venturi El tubo de Venturi consiste en un tubo, formado por dos secciones cónicas, unidas por un tubo estrecho en donde el fluido pasa a mayor velocidad. Luego cuenta con un tubo en posición vertical, que tiene forma de U, el cual está conectado una parte a la región ancha y la otra a la región estrecha.

Tubo Venturi Modelo FLC-VT-BAR, de barra

Modelo FLC-VT-WS, de chapa metálica

Aplicaciones del Tubo Venturi     

Centrales energéticas Extracción y refinación de petróleo Tratamiento y distribución del agua Procesamiento y transporte de gas Química y petroquímica

Características   

Aptos para medición de caudal de líquidos, gases y vapor de agua Exactitud ≤ ±0,5 % del caudal efectivo



Repetibilidad de la medición 0,1 %



Pérdida mínima de presión en la familia de los elementos de flujo primarios



En caso necesario puede realizarse una calibración

Descripción Elevada recuperación de presión y bajos requerimientos a tramos de entrada y salida Los tubos Venturi son fiables, fáciles de manipular y requieren escaso mantenimiento. Los tubos Venturi son especialmente aptos para la medición de líquidos limpios y gases.

La principal ventaja de un tubo Venturi con respecto a otros caudalímetros de presión diferencial radica en la mayor recuperación de presión y en las exigencias más bajas a los tramos de entrada y salida. El tubo Venturi se compone en la entrada de una boquilla cónica, lo que acelera el medio. La salida es una zona de difusión gradualmente ensanchada que posibilita una elevada recuperación de presión. Medición de caudal con presiones diferenciales bajas Debido a que se recupera una gran parte de la presión de salida, el tubo Venturi es ideal para la medición en sistemas con una reducida caída de presión. Gracias a la baja pérdida de presión, los costes de bombeo del medio se reducen a un mínimo.

2.2.2 Medidores de orificio La placa de orificio es un dispositivo que permite medir el caudal de un fluido que pasa por una tubería. Consta de un disco con un orificio en el centro de este que se coloca perpendicular a la tubería. Es un elemento de medición primario, pero es muy utilizado debido a su facilidad de uso, bajo precio, poco mantenimiento y gran eficiencia.

Tipos de placas de orificio Existen cuatro tipos de placas de orificios según la aplicación que se desee. 

Placas de orificio concéntricas: En estas placas el orificio del disco se encuentra en el centro del mismo. De aplicación universal para fluidos limpios.



Placas de orificio concéntricas cónicas: En este caso el orificio al igual que las placas concéntricas se encuentra en el centro del disco, pero en este el diámetro del orificio se va reduciendo a medida que el fluido va atravesando el disco. Es utilizados para fluidos que tienen un alto número de Reynolds, es decir fluidos que tienden a comportarse de forma turbulenta.



Placas de orificio excéntricas: Son aquellas en las que el orificio no se encuentra en el centro del disco, sino que levemente hacia abajo. Se utiliza para tuberías de diámetro pequeño.



Placas de orificio concéntricas segmentadas: Aquí la diferencia con las otras placas concéntricas es que el orificio no es un circulo, sino que esta segmentado, formando un semicírculo. Es utilizado para medición de fluidos que contienen partículas.

Funcionamiento: El funcionamiento de una placa de orificio se basa en el efecto Venturi. Este consiste en un fenómeno que hace disminuir la presión de un fluido que atraviesa una tubería, y este aumenta su velocidad debido a una disminución del diámetro de la tubería. Por lo tanto, para medir el caudal del fluido, se colocan dos tomas una antes de la placa y otra después, que captan la presión diferencial que se genera debido al aumento de la velocidad. Luego a través del principio de Bernoulli se llega a que la diferencia de presión es proporcional al cuadrado del caudal.

Aplicaciones: 

Industrias químicas



Tratamiento y distribución del agua y gas



Aceiteras



Industrias de bebidas



Calderas



En procesos productivos donde es necesario conocer el caudal de un fluido

Características: 

Puede soportar temperaturas de hasta 800ºC



Puede trabajar con fluidos a presiones de hasta 400 Bar



Tiene una exactitud de un 0.5% de la medición del caudal



Diferencia entre placa de orificio y tubo Venturi

Diferencia entre tubo venturi y placa de orificio: El tubo de Venturi y la placa de orificio son utilizados ambos para la medición de caudal. Cambian solamente el funcionamiento que utilizan para lograr esta medición. La diferencia del tubo de Venturi con la placa de orificio es que la disminución de la sección del tubo es realizada directamente por el mismo tubo. En otras palabras, el tubo de Venturi es un tubo especial que tiene en un punto una disminución de la sección mientras que la placa de orificio es lo que se coloca en un tubo común para conocer el caudal del fluido que lo atraviesa.

2.2.3Tubo de pitot El tubo de pitot se utiliza para establecer la velocidad del flujo a través de la medición de la presión de estancamiento (la presión en una rama paralela a la dirección del flujo y ocluida en su otro extremo que es igual a la suma de la presión estática y la presión dinámica. la presión estática es la presión de un fluido medida en un punto. la presión total se mide en el extremo ocluido. el valor de la presión dinámica que depende de la velocidad del flujo y su densidad se calcula por la diferencia entre las medidas, en este caso con el desplazamiento del diafragma

Cambios en los perfiles de velocidad del flujo pueden causar errores significativos. Por esta razón los tubos pitot se utilizan se utilizan principalmente para medir presiones de gases, ya que, en este caso, los cambios en la velocidad del flujo no representan un inconveniente serio. Partículas que pueda tener el flujo.

Aplicación en Manómetros de tubo de Pitot Los manómetros de tubo de Pitot es un instrumento elemental para la medición de velocidades de flujo de gases o de aire en canales. Los manómetros de tubo de Pitot son una derivación de los clásicos tubos Prandtl, una combinación de tubo de Pitot para medir la presión total y una sonda de medición de la presión estática. Estrechamente relacionados con los manómetros surgen los anemómetros para medir velocidades de flujo. La ventaja de los manómetros de tubo de Pitot frente a otros métodos de medición consiste en el hecho de que un orificio relativamente pequeño sobre la pared del canal en las zonas más importantes del recorrido es suficiente para realizar en cualquier momento una medición rápida de la velocidad de flujo. Además, podrá utilizarlos a altas temperaturas y a velocidades de flujo muy elevadas (hasta 120 m/s dependiendo del modelo). Las aplicaciones de los tubos de pitot están muy limitadas en la industria, dada la facilidad con que se obstruyen por la presencia de cuerpos extraños en el fluido a medir. En general, se utilizan en tuberías de gran diámetro, con fluidos limpios, principalmente gases y vapores. Su precisión depende de la distribución de las velocidades y generan presiones diferenciales muy bajas que resultan difíciles de medir. 2.3 Medidores De Velocidad Rotámetro El rotámetro es un caudalímetro industrial que se usa para medir el caudal de líquidos y gases. El rotámetro consiste en un tubo y un flotador. La respuesta del flotador a los cambios de caudal es lineal, y un rango de flujo de 10 a 1 es estándar. En el caso de los rotámetros de laboratorio OMEGA™, es posible aún más flexibilidad a través del uso de ecuaciones de correlación. El rotámetro es popular debido a que tiene una escala lineal, un rango de medición relativamente largo y una baja caída de presión. Es fácil de usar y simple de instalar y mantener.

Principio de operación del rotámetro: La operación del rotámetro se basa en el principio de área variable: El flujo de fluido eleva el flotador en un tubo ahusado, lo que aumenta el área para el paso del fluido. Cuanto mayor es el flujo, más alto se eleva el flotador. La altura del flotador es directamente proporcional al caudal. Con líquidos, el flotador se eleva por una combinación de la flotabilidad del líquido y la altura equivalente de velocidad del fluido. Con los gases, la flotabilidad es despreciable, y el flotador responde solo a la altura equivalente de velocidad.

2.3.1 Medidor turbina Este medidor consiste de un rotor con alabes, semejante a una turbina, que se instala en el centro de la tubería y gira con una velocidad angular que es directamente proporcional al flujo.

Características del medidor de turbina: La turbina está limitada por la viscosidad del fluido, debido al cambio que se produce en el perfil de velocidad del líquido a través de la tubería cuando aumenta la viscosidad. En las paredes el fluido se mueve más lentamente que en el centro, de modo que, las puntas de los alabes no pueden girar a mayor velocidad. En general, para viscosidades mayores de 3 a 5 cS se reduce considerablemente el intervalo de medición del instrumento. La exactitud es elevada, del orden de ± 0.3 %. El valor óptimo se consigue cuando la dirección del flujo sigue la dirección de la tubería, para ello se debe instalar el instrumento en una tubería recta 15 diámetros aguas arriba y 6 diámetros aguas abajo. Un medidor de turbina se puede utilizar para medir flujo de gases y líquidos limpios o filtrados. El instrumento debe instalarse de tal modo que no se vacíe cuando cesa el flujo ya que el choque de líquido a alta velocidad contra el medidor vacío lo puede dañar seriamente.

2.3.2 Medidores ultrasónicos Un medidor de flujo ultrasónico (medidor de flujo Doppler no intrusivo) es un medidor de flujo volumétrico que requiere partículas o burbujas en el flujo. Los medidores de flujo ultrasónicos son ideales para aplicaciones de aguas residuales o cualquier líquido sucio que sea conductivo o a base de agua. Los medidores de flujo ultrasónicos en general no funcionan con agua destilada o agua potable. Se requerirán aireaciones en las aplicaciones de líquidos limpios. Los medidores de flujo ultrasónicos también son ideales para aplicaciones en las que se requiere una baja caída de presión, compatibilidad química y bajo mantenimiento. Principio de operación El principio de funcionamiento básico emplea el cambio de frecuencia (efecto Doppler) de una señal ultrasónica cuando la reflejan partículas suspendidas o burbujas de gas (discontinuidades) en movimiento. Esta técnica de medición usa el fenómeno físico de una onda de sonido que cambia de frecuencia cuando se refleja en una discontinuidad en movimiento en un líquido que está fluyendo.

Las ondas ultrasónicas se transmiten a un tubo con líquidos que fluyen, y las discontinuidades reflejan la onda de ultrasonido con una frecuencia ligeramente diferente que es directamente proporcional al flujo del líquido (Figura 1). La tecnología actual exige que el líquido contenga al menos 100 partes por millón (PPM) de partículas suspendidas o burbujas de 100 micras o más.

2.3.3 Medidores de Flujo tipo Vortex Los medidores de flujo tipo vortex, son un tipo de sensor de flujo que mide la frecuencia de los vértices a través de un dispositivo de farol ubicado en el caudal del flujo. En el área del dispositivo del farol la frecuencia del vértice es una proporción de la velocidad del flujo. Los medidores de flujo tipo vortex son utilizados para medir el flujo de líquidos y/o gases. Características 

Fluidos aplicables: gas, vapor y líquidos



Precisión: ±0.5% o ±1.0%



Índice de repetición ±0.1%



Razón de disminución de flujo: >10:1



Tamaño de tubería compatible: 15mm ~ 500mm



Grado de presiona: ANSI150 (PN0.25~42.0)



valor estándar de β: 0.450~0.850



Requerimientos de continuidad: corriente arriba 0~3D; corriente abajo 0~1D



La pérdida de presión cambia de acuerdo con β

Como se muestra en la imagen, el dispositivo con forma de farol es ubicado en el tubo. Líneas regulares de los remolinos de los vértices se causan por la separación del flujo de un fluido sobre el dispositivo con forma de farol. Estos vértices se conocen como Calle de Vértices de von Karman, el cual es un término utilizado en la dinámica de fluidos. En la parte posterior del dispositivo con forma de faro, las líneas del flujo del vórtice son asimétricas. Asumiendo que f es la frecuencia de los vórtices, U es la velocidad media de la medición del fluido antes del dispositivo en forma de faro, d es el frente de amplitud del dispositivo y D es el diámetro del dispositivo del medidor, la siguiente es la ecuación.

2.3.4 Medidor electromagnético

Cuando hablamos sobre el medidor electromagnético nos referimos a un tipo de flujómetros no intrusivos, los cuales miden la velocidad desde el exterior de la tubería por medio de dos puntos que se encuentran diametralmente opuestos de la superficie interna, y en los cuales se colocan dos electrodos metálicos;

entre estos dos electrodos se genera una señal de medida eléctrica. Estos se utilizan principalmente en los fluidos con conductividad eléctrica y en tuberías llenas. El principio de funcionamiento de estos dispositivos se encuentra basado en la ley de Faraday, la cual dicta que un voltaje será inducido en un conductor (el cual es en este caso el fluido que se está midiendo) cuando pasa por un campo magnético (el generador por el medidor de flujo electromagnético) y este voltaje será directamente proporcional a la velocidad del conductor. La polaridad de la señal de voltaje se encuentra directamente relacionada con la dirección en la que el conductor se mueve, por lo que los medidores de flujo electromagnéticos son direccionales.

La fórmula indica que donde: e= Tensión generada en el conductor K= Constante B= Distancia entre los electrodos (diámetro interno de la tubería) v= velocidad del fluido.

El medidor electromagnético no cuenta con partes móviles, por lo que es el dispositivo ideal para utilizarse en aplicaciones en donde el agua no se encuentre completamente limpia o la cual pueda contener sólidos disueltos en el líquido o partículas de gran tamaño.

Este tipo de medidores pueden utilizarse con un medidor de BTU, por lo cual se usan con mucha frecuencia para así poder determinar el consumo de energía de sistemas de agua de chiller. Aplicaciones:

III.



Agua de chiller



Aplicaciones en las que se utiliza el agua caliente



La medición de flujo en torres de enfriamiento



Para la medición de aguas domésticas



Para la medición de flujo de condensación



Para alimentar a las calderas



Aplicaciones de irrigación



Agua de pozo



Agua gris o proveniente de la lluvia



Entre muchas otras aplicaciones industriales

CONCLUSION Con la ayuda de un medidor de flujo se pueden diseñar equipos para aplicaciones específicas o hacerles 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.

IV.

REFERENCIAS:  ECURED. Efecto Venturi. Disponible en: https://www.ecured.cu/Efecto_Venturi  UNIVERSIDAD DE ALICANTE. Mecánica de fluidos.2011. disponible en: https://rua.ua.es/dspace/bitstream/10045/20299/7/tema3_medida%20de%2 0caudales.pdf