MEDIDORES DE CAUDAL TIPO TURBINA

Los medidores tipo turbina consisten de un rotor que gira al paso del

fluido con una velocidad directamente proporcional al caudal. La

velocidad del fluido ejerce una fuerza de arrastre en el rotor; la

diferencia de presiones debido al cambio de rea entre el rotor y el

cono posterior ejerce una fuerza igual y opuesta.

El rotor de la turbina axial est ligeramente suspendido y rota con el

flujo de fluido (gas o lquido) a travs del medidor de flujo.

La velocidad rotacional de la turbina es proporcional a la velocidad del

fluido Vt Vf.

La rotacin de la turbina es sensada por un Pick Up magntico en el

cuerpo del medidor de flujo que responde al paso de cada aspa de la

turbina.

La salida del Pick Up magntico es un tren de pulsos de voltaje con

una frecuencia proporcional a la rata de flujo volumtrico.

El intercambio de momentum entre el flujo y el rotor gira al rotor a una

velocidad rotacional que es proporcional a la rata de flujo.

Como la bobina genera un pulso cada vez que un aspa pasa frente al

Pick Up magntico, entonces:

V=kn; donde: V= volumen total del lquido pasando por el medidor

k=volumen lquido/ pulso

n= nmero de pulsos

Rata de flujo promedio t

kn

t

VQ

; t= es un intervalo de

tiempo

Q=kf ; f=frecuencia

Medidas de flujo lquido.

El divisor para la medida de un lquido es determinado por el factor de

calibracin en la medida de flujo y un factor de conversin apropiado

para las unidades deseadas del registro.

Medidas de flujo de gas.

El divisor en la medida de gas es determinado por el factor de

calibracin en la medida del flujo y un factor apropiado de conversin

para las unidades deseadas en el registro. Generalmente es necesario

compensar el divisor en la medicin de gas ya que este se refiere a

volmenes estndar normales y no a los reales.

Calculo del multiplicador. El multiplicador es un nmero que

producir la lectura deseada del caudal por la medida de su frecuencia

de flujo. Este nmero se calculara automticamente para las unidades

seleccionadas (Barriles/Da) cuando el analizador est en el modo

nmero de calibracin.

Medidor de flujo por ultrasonido

Es otra forma para medir flujo utilizando sensores de ultrasonido.

Una onda de sonido que viaja en la direccin del flujo de fluido

requiere menos tiempo entre un punto fijado y otro que una onda viaja

en la direccin opuesta. Este es el principio empleado

para medir la rata de flujo con ondas ultrasnicas.

Tiempos diferentes de transiente son una indicacin de la velocidad de

flujo del fluido.

Medidor de flujo por presin diferencial. Medidor de orificio

Los elementos de presin diferencial son:

Placa orificio:

Consiste en una placa perforada (disco metlico) con un orificio circular

y biselado insertado en la tubera.

Su propsito es determinar la rata de flujo de mediciones de presin

diferencial a travs del orificio.

El rea del flujo mnima (vena contracta) es ms pequea que el rea de

la abertura en la placa de orificio.

Un cambio en la seccin transversal (rea) de una corriente (tubera)

causa un cambio correspondiente en la velocidad y la presin de fluido

dentro del tubo.

Medidor de flujo VORTEX

El medidor vortex o torbellino, mide la frecuencia de torbellino

producida por una hlice esttica situada en la tubera, perpendicular a

la direccin del fluido. La frecuencia es directamente proporcional a

la velocidad del fluido. El coeficiente de proporcionalidad es

funcin de la forma de la hlice y se determina experimentalmente. El

lmite inferior de Nmero de Reynolds, para que se produzca

torbellino tambin depende de la hlice y tpicamente esta entre

10,000 y 20,000. La frecuencia de torbellino puede ser detectada de

mltiples maneras y no existen resultados de pruebas que permitan

establecer cul es la mejor.

La frecuencia de torbellino no es afectada apreciablemente por las

propiedades del fluido, mientras el Nmero de Reynolds sea superior al

mnimo no es requerida compensacin por cambios de densidad,

viscosidad ni temperatura de fluido, a menos que esta vare

drsticamente. La rangoabilidades

tpicas es de 10:1 para lquidos y 20:1 para gases y vapor, deben ser

calculadas para cada aplicacin y es definida por el mnimo nmero de

Reynolds y la mxima velocidad de fluido (usualmente 25 ft/sec

lquidos y 250 ft/sec gases y vapor). Por esta razn fluidos viscosos

(u>8cp) no son generalmente recomendados.

Medidores de nivel

El nivel es definido como la altura entre la superficie libre de un lquido

de un recipiente y un punto de referencia. La medicin del nivel es

fundamental y se utiliza en el control automtico del proceso continuo

en una batera.

Esta medicin puede hacerse por mtodos directos, por ejemplo

utilizando un flotador; o por mtodos indirectos, digamos midiendo la

presin en el fondo de un tanque. Los mtodos directos son generalmente

invasivos, es decir, implican un contacto directo del sensor con el

material a medir, mientras que los mtodos indirectos son tpicamente no

invasivos. Estos ltimos son los preferidos cuando se trabaja con

materiales corrosivos, peligrosos o sometidos a altas temperaturas o altas

presiones.

Las mediciones de nivel pueden ser tambin puntuales o continuas,

dependiendo, respectivamente, de si la deteccin de la interfase se

realiza en puntos especficos o a travs de todas las posiciones posibles

dentro de un rango dado.

Tipos de instrumentos de nivel. Tenemos dos grupos

Instrumentos de accin directa

Nivel de cinta. Consta de una cinta de acero debidamente graduada en

pulgadas con una plomada en un extremo de peso especifico, que le

asegura que penetre el liquido sin importar la viscosidad del mismo y en

el otro extremo de la cinta se ubica una polea que hace descender y

ascender la plomada dentro del tanque, la cinta se almacena

convenientemente en un carrete. Se utiliza ampliamente para la

medicin de nivel en tanques que almacenan crudos o productos

simlares.

Nivel de vidrio (LG). Consta de un tubo de vidrio soportado sobre dos

vlvulas de cierre hermtico, las cuales vienen provistas con sellos en

donde se acopla el tubo. Este sistema opera por vasos comunicantes

Nivel de flotador. Es un instrumento de nivel de desplazamiento donde

un flotador est parcialmente sumergido en el lquido.

Para todos los propsitos, la posicin del flotador es una indicacin

directa de nivel. Se divide en tres (3) grupos:

Flotadores directos operando transmisores y controladores, dispositivos

de control o vlvulas de control.

Flotadores tipo cinta.

Flotadores tipo switches.

Flotador operando vlvula de control. Los instrumentos de nivel con

flotador y palanca, son operados en este caso controlan el nivel en un

recipiente empleando generalmente una boya cilndrica montada en el

extremo de una palanca pivoteada en un punto localizado en uno de los

lados del recipiente.

Ventajas

Construccin rgida y sencilla.

Resistente a la corrosin.

Funciona adecuadamente con fluidos turbulentos.

Limitaciones

Muy alta histresis y banda muerta.

Requieren un conjunto de empaquetadura.

En un margen grande, un cambio de nivel pequeo no es representativo.

Algunas veces presenta dificultades su instalacin.

Ventajas

Construccin rgida y sencilla.

Resistente a la corrosin.

Funciona adecuadamente con fluidos turbulentos.

Limitaciones

Muy alta histresis y banda muerta.

Requieren un conjunto de empaquetadura.

En un margen grande, un cambio de nivel pequeo no es representativo.

Algunas veces presenta dificultades su instalacin.

Flotador tipo switch. Como su nombre lo indica un flotador switch lee

cambios de nivel, en algn punto de su rango acta un switch de mercurio

o microswitch magntico.

Ventajas

Es compacto.

Puede operar sobre un amplio rango de temperatura

Costo moderado

No requiere conjunto de empaquetadura.

Limitaciones

Opera satisfactoriamente con lquidos limpios, no adecuada para lquidos

viscosos, fluidos con slidos en suspensin o que trate de adherirse a las

paredes de la cmara.

No adecuado para usar con fluidos turbulentos.

Ajustes complejos con mrgenes angostas.

Instrumentos de accin indirecta

Nivel tipo

desplazador. Es un sistema usado desde hace muchos aos en la

industria petrolera con gran eficiencia. Se basa en el principio de

Arqumedes: "Cuando un cuerpo es parcial o totalmente sumergido en

un liquido experimenta una prdida de su peso igual al peso del liquido

que desplaza. Este sistema consiste en un flotador parcialmente

sumergido en el lquido y conectado mediante un brazo a un tubo de

torsin unido rgidamente al tanque.

Los desplazadores tienen forma cilndrica y hueca. Pequeas cantidades

de plomo (lastre) se aaden para llegar al peso correcto y satisfacer de

esta forma a las diferentes gravedades especficas de los procesos.

Nivel por altura hidrosttica. La presin ejercida por la altura de una

columna hidrosttica sobre el fondo de un recipiente abierto a la

atmsfera la podemos medir por medio de un manmetro o una columna

de agua o mercurio. Se aplica a recipientes de amplio rango, en

condiciones corrosivas con materiales viscosos.

Ventajas

Exactitud buena.

Largos aos de uso.

Bajo costo.

Limitaciones

Se utiliza en recipientes a presin atmosfrica

Nivel presin diferencial. Consiste en un diafragma en contacto con el lquido del

tanque, que mide la presin hidrosttica en un punto del fondo del tanque.

En un tanque abierto esta presin es proporcional a la altura del lquido

en ese punto y a su peso especfico, es decir: P = H g, donde:

P = presin,

H = altura de lquido sobre el instrumento,

= densidad del lquido,

g = 9,8 m/s2

Medicin de nivel por capacitancia. Los sensores de capacitancia

(figura 2.42) se utilizan para detectar cambios de nivel en lquidos y

slidos. se utilizan para mediciones de nivel continuo en materiales no

conductores o con una baja constante dielctrica. Constan bsicamente

de un electrodo aislado el cual, al ser sumergido, forma con las paredes

metlicas del tanque un condensador.

Nivel por resistencia elctrica. Otro sistema de obtener la medicin de

nivel consiste en una serie de electrodos introducidos dentro del fluido,

de tal manera que puedan cerrar en un circuito elctrico separado, cuando

el nivel alcanza el extremo de cada uno de los electrodos en forma

escalonada.

Los sensores de nivel ultrasnicos, trabajan en forma similar a los

sensores pticos reflexivos, excepto que en lugar de luz utilizan

ultrasonidos.

El transmisor enva un pulso ultrasnico (20 - 250kHz) hacia la

superficie del lquido mientras que el receptor capta el eco, es decir, el

pulso reflejado. El tiempo transcurrido desde el instante en que se

produce el pulso ultrasnico hasta el instante en que se recibe el eco, es

proporcional a la distancia entre el sensor y la superficie del lquido y, por

tanto, al nivel de este ltimo.