11. TITULO DEL TEMAInstrumentos demedicin de caudal2. INTRODUCCIONLos medidores de fujo son instrumentos utilizados para determinar la cantidad de fujomsicoquepasaatravs deunatubera. Otros nombres conlos cuales suelenllamarse: Flujmetros caudalimetros o medidores de caudal.!"iste una #ran cantidad de principios con los cuales operan este tipo de instrumentossu seleccin est en $uncin de la precisin requerida de las lecturas as como de sucosto % mantenimiento.!n la ma%or parte de las operaciones realizadas en los procesos industriales % en lase$ectuadasenlaboratorio% en plantas pilotoes mu%importante lamedicindeloscaudales de lquidos o de #ases.!"isten varios mtodos para medir el caudal se#&n sea el tipo de caudal volumtrico omasico deseado. !ntre los transductores ms importantes '#uran:()Los medidores de fujo ms comunes son los de di$erencial de presin que se basan enelcambio de presin debido a una reduccin en eldimetro de la tubera.* ma%ordi$erencia de presin ma%or es el fujo.+3. O!ETI"O#3.1. O$%eti&o 'eneral!studiar el e$ecto $uncionamiento % las aplicaciones tecnol#icas de al#unos aparatosmedidoresdefujo as comotambinde'nir conceptos%principiosenlosquesebasan dic,os equipos de medicin de caudal. 3.2. O$%eti&os es(ec)*cos *nalizarlos tipos demedidoresascomotambin losprincipios alosqueestos estn sometidos. -eterminar las ventajas % desventajas que presente cada determinadoequipo. !stablecer una clasi'cacin de los mismos de acuerdo a la $recuencia de uso.+. DE#ARROLLO.aradeterminar el caudal enunsistemaesnecesariode'nir ciertosconceptos%principios en los que se basan dic,os equipos de medicin de caudal.Caudal!slacantidadde$luido quepasaporunreaenuna determinadaunidaddetiempo.!"istenvariosmtodosparamedirelcaudalse#&nseaeltipodecaudal volumtrico o msico deseado.,rea"elocidad-resin di.erencial!s la di$erencia entre dos presiones en un punto / % en un punto /0Medidores &olum/tricos-eterminan el caudal en volumen de fuido puede ser directamente oindirectamente por deduccin.Instrumentos de (resin di.erencialLa $ormula de caudal obtenida de los elementos de presin di$erencial se basaen la aplicacin del teorema de bernoulli a una tubera ,orizontal.1+.1. 0actores (ara la eleccin del ti(o de medidor de 1uidoRango:los medidores disponibles en elmercado p ueden medir fujos desde variosmililitros por se#undo 2ml3s4 para e"perimentos p recisos de laboratorio , asta variosmiles de metros c&bicos por se#undo 2m)3s4 para sistemas d e irri#acin de a#ua oa#ua municipal o sistemas de drenaje. .ara una instalacin de medicin en particulardebe conocerse el orden de ma#nitud #eneralde la velocidad d e fujo ascomo elran#o de las variaciones esperadas.Exactitud requerida:cualquierdispositivodemedicin de$lujoinstalado% operadoadecuadamentepuedeproporcionarunae"actituddentrodel15del$lujoreal.Lama%ora de los medidores en el mercado tienen una e"actitud del (5 % al#unos dicentenerunae"actituddemsdel6.15.!lc os to escon$recuenciaunodelos$actoresimportantes cuando se requiere de una #ran e"actitud.Calibracin: se requiere de calibracin en al#unos tipos de medidores.*l#unos $abricantes proporcionan una calibracinen $orma de una #r$ica o esquemadel$lujorealversus indicacin de la lect u ra .*l#unosestnequipadospara,acerlalect u raen $orma directa con escalas calibradas en las unidades de $lujo que se deseen.!n el caso del tipo ms bsico de los medidores tales como los de cabeza variable se,andeterminado$ormas#eomtricas%dimensionesestndarparalasqueseencuentrand ato sempricosdisponibles.!stosdatosrelacionanel$lujoconunavariable $cil de medicin tal como una di$erencia de presin o un nivel de $luido.+.2. Medidores &olum/tricosLosmedidoresvolumtricosdeterminanel caudal envolumendel fuido bienseadirectamente 2desplazamiento4 bien indirectamente por deduccin 2presin di7$erencial rea variable velocidad $uerza tensin inducida torbellino4.8a%quese9alar quelamedidadel caudal volumtricoenlaindustriasee$ect&aprincipalmenteconelementosquedanlu#ar aunapresindi$erencial al pasodelfuido. !ntre estos elementos se encuentran la placa7ori'cio o dia$ra#ma la tobera % eltubo :enturi.+.2.1. Instrumentos de (resin di.erencial!l principio por el que operan los medidores de caudal por presin di$erencial es el si#uiente:;e crea una di$erencia de presin en la tubera al a9adir una obstruccin se mide dic,adi$erencia de presin % el fujo se calibra como $uncin de la cada de presin.ernoulli % sise sabe la velocidad delfuido % elrea pordonde est pasando se puede determinar el caudal.La ecuacin de >ernoulli es una de las ms &tiles % $amosas en la mecnica de fuidos %su principio $sico es utilizado para medir el caudal.La ecuacin de >ernoulli es una de las mas &tiles % $amosas en la mecnica de fuidos %su principio $sico es utilizado para medir el caudal."enta%as 2 des&enta%as"enta%as ;u sencillez de construccin ;u $uncionamiento se comprende con $acilidad. ?o son caros particularmente si se instalan en #randes tuberas % se comparancon otros medidores .ueden utilizarse para la ma%ora de los fuidos.Des&enta%as La amplitud del campo de medida es menor que para la ma%ora de los otrosequipos de medidores. .ueden producir perdidas de car#a si#ni'cativas. La se9al de salida no es lineal con el caudal. .ueden producirse e$ectos de envejecimiento es decir acumulacin de depsitoso erosin. La precisin suele ser menor que la de medidores ms modernos especialmentesicomo es ,abitual el medidor se entre#a sin calibrar.+.2.1.1. 0rmula 'eneralLa $rmula de caudal obtenida con los elementos de presin di$erencial se basa en laaplicacin del teorema de ernouilli3Altura cin/tica 4Altura de (resin 4 Altura (otencial 5 Cte.* una tubera ,orizontalvalores de las presiones a lo@n medidor de /audal.rincipalmente e"plica su lar#o de la tubera en una placa7ori'cio o dia$ra#ma. comportamiento mediantela si#uiente !cuacin:A !n cualquiera de las im#enes si#uientes pueden verse los valores de las presiones alo lar#o de la tubera en una placa de ori'cio o dia$ra#ma.!l clculo se basa en la aplicacin del teorema de >ernoulli en una tubera ,orizontal.!nestedesarrollosolosevanatener encuentalos valores %coe'cientes msimportantes puesto que no se trata de un procedimiento de clculo e",austivo.;i.1.( % :1:( son las presiones absolutas % velocidades en la zona anterior a laplaca donde el fuido llena todo el conducto % en la vena contrada respectivamente %;1;( son las secciones correspondientes resulta:*#rupando trminos:;abiendo que caudal es BC;: por lo tanto :CB3s tenemos:DLas secciones tanto de la tubera como del ori'cio de restriccin son constantes. /omoconsecuenciaselle#aalaecuacin#enricadel caudal en$uncindelapresindi$erencial.Las ecuaciones tericas anteriores se convierten en la ecuacin #eneral para el clculode caudales si#uiente:O tambin:-onde:BEC/audal en F#3se#./C/oe'ciente de descar#a sin dimensiones!C/oe'ciente de velocidad de acercamiento sin dimensiones!C/oe'ciente de e"pansin sin dimensionesd C-imetro del ori'cio en metros# C*celeracin de la #ravedad en m3s(, C.resin di$erencial en G#3m(* partir de estos datos ,emos de tener en cuenta las si#uientes consideraciones para,acer las unidades co,erentes:H *l pasar BEa G#3, ,a% que multiplicar el se#undo termino de la ecuacin por) ,acia ;. *continuacin la membrana derec,a se desplaza ,acia la izquierda entrando #as por -% saliendo por / 2posicin (4.!n la posicin ) el #as entra por el compartimiento de la izquierda por > desplazandola membrana a la izquierda % sale por *.!n la posicin + el #as entra en el compartimiento de la derec,a por / % sale por -. ; precisin es del orden del Q 6.) 5.)1+.2.9.8. Accesorios Los medidores de desplazamiento positivo que se ,an descrito pueden tener acopladosvarios tpos de transductores: =ransductor de impulsos por micro ruptor elctrico o neumtico en que el eje del medidor acciona un interruptor por medio de una leva. !l interruptor esta con estado a un contador electromecnico de baja velocidad. =ransductor de impulsos por sensor ma#ntico que utiliza un rotor con unos peque9os imanes embebidos en l % un captador ma#ntico situado en el e"terior de la caja del rotor. *l #irar el rotor de los peque9os imanes que contiene cortan el fujo del captador #enerando un tren de ondas senoidales de impulsos que es ampli'cado % acondicionado obtenindose as impulsos de ondas cuadradas aptos para circuitos convertidores o inte#radores. =ransductor de impulso por disco ranura do cu%o principio de $uncionamiento es el si#uiente: el bobinado primario L1 #enera continuamente una onda de alta $recuencia de 1 E8z. )(/ombinados con estos transductores se encuentran otros tipos de accesorios: /onvertidor de $recuencia7tensinM /onvertidor de $recuencia7corrienteM =otalizador electromecnico con reset manualM =otalizador electromecnico con predeterminado para procesos discontinuosM =otalizador neumtico con pro#ramador para procesos discontinuosM Edulo de comunicaciones.))+.3. Tor$ellino 2 &orteB+.3.1. Tor$ellino!l medidor de caudal por torbellino se basa en la determinacin de la $recuencia deltorbellino producido por una ,lice esttica situada dentro de la tubera a cu%o travspasa el fuido 2lquido o #as4.La$recuenciadeltorbellinoesproporcionalalavelocidad del $luido de acuerdo con la e"presin conocida como n&mero de ;trou,al..orlotantoelcaudalvolumtricodel$luidoesproporcionalala$recuenciadeltorbellino.Ladeterminacindela$recuenciaselo#raconsensores depresindecristalespiezoelctricos que detectan los picos de presin en el lado contrario del torbellino ocon una termistancia de mu% baja inerciatermica que si#ue los e$ectos dere$ri#eracin del torbellino #enerado en el #as o bien mediante un condensador decapa variable $uncin de la de$ormacin de un dia$ra#ma 2placa4ante las ondas depresin del torbellino o bien mediante la aplicacin de un ,az de ultrasonidosperpendicularmenteal torbellino midiendoel tiempodetransitode,azdesdeeltransmisor al receptor.+.3.2. "rteBLosinstrumentos de vrte" sonparecidosalde torbellinoe"ceptoque estnbasados en ele$ectode :on Farman donde un cuerpo en $orma decono#enera alternativamente vrtices 2reasde baja presin e inestabilidad4des$asados en 1D6Wcu%a $recuencia es directamente proporcional a lavelocidad%por lo tanto al caudal. La precisin es de 1 5!lprincipio de operacindel:orte" esbasado en elcamino de:orte" Farman.;i un)+$luido pasatravs de una obstruccin se causan vrtices cuando la obstruccinescolocadaenelcentrode latubera se $ormanvrticesa ambos lados.!l$lujocausaqueestosvrticessedividancreando uncamino devorte".La distancia #eomtrica entre dos vrtices L % el tiempo = intervalo entre dos vrticesconsecutivos determinan la $recuencia del vorte" como:!lmedidorvorte"eselidealparalamedicindevapores#ases%lquidosdebajas viscosidades 2ma" 16cps4.@n piezo sensordentro delmedidores elencar#adodeconvertirla$uerzadepresinresultanteense9alesdepulsoelctricoslascualespuedenserampli$icadas.?ormalmenteestepiezosensorescolocadodetrsdelcuerpo divisordevrticessinembar#o,a%vecesquese colocadentrodelmismocuerpodivisordevorte"detalmaneraqueestepuedavibrarlibremente.!lsensoresin$luenciado porlasvariacionesdepresinla cualesestnsincronizadas a la $recuencia de divisin de vrtices+.+. Oscilante/onsisteenunpeque9oori'ciosituadoenel cuerpodel medidor que#eneraunapresin di$erencial % provoca el paso del fuido por el rea demedida. Lsta contiene una vlvula oscilante que perturba lacirculacindel fuido. *medidaqueestefujoturbulentopasaatravs delaaberturasecreaunazonadebajapresindetrsdelavlvula conloquestaoscilaauna$recuencia directamente proporcional al caudal. @ntransductor de impulsos capta las oscilaciones de la vlvulaeindicael caudal.!l medidoroscilanteesadecuadoenlamedida de caudales de fuidos con partculas en suspensin% en las mezclas de lquidos % #ases provocadas porvaporizaciones imprevistas del lquido al bajar la presin.;u precisin es del orden del Q 61 5.)1+.8. Medidores de caudal masaLadeterminacindel caudal masapuedee$ectuarseapartir deunamedidavo7lumtricacompensndolaparalas variaciones dedensidaddel fuido obiendeterminardirectamenteel caudal masaaprovec,andocaractersticasmediblesdelamasa del fuido. !n el primer caso se compensa directamente la densidad o bien lasvariables de presin o temperatura.+.8.1. Com(ensacin de &ariaciones de densidad del 1uido enmedidores &olum/tricos!nloslquidos comosonincompresibles ladensidadvarapor loscambiosenlatemperatura del fuido.)