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Caudalímetros de Presión Diferencial, instrumentos de Presión Diferencial, toberas, tubos pitot
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Que es un Caudalimetro?
Un caudalímetro esun instrumento de medida parala medición de caudal o gastovolumétrico de un fluido o parala medición del gasto másico.
Estos aparatos suelencolocarse en línea conla tubería que transporta elfluido.
También suelenllamarse medidores decaudal, medidores de flujo oflujómetros
Aspectos Generales de la Medición de Caudal
Caudalimetros y métodos
empleados para la
medición de caudal de
uso habitual
Los caudalimetros en
tuberías cerradas – en
relación con los canales
abiertos –constituyen las
aplicaciones mayoritarias
La mayoría de
caudalimetros
miden el volumen
de flujo o la
velocidad de fluido
Terminología de Caudal La naturaleza de un caudal
Todos los caudalímetros se ven influenciados encierto grado por el flujo que van a medir y por elmodo cómo este fluye en la tubería o el canal.
La mayoría de mediciones de caudal implican lamedición de líquidos y/o gases, pero algunosdiseños se han adaptado a flujos de polvos ygranos.
Cuando la materia cuyo caudal se mide estáconstituida por una única fase, la precisión de lamedición es máxima. Cuando en el caudal sepresentan dos fases, las propiedades de éstospueden llevar a regímenes de flujo inusuales y lamedición se vuelve más difícil. Cuando sepresentan simultáneamente, como por ejemploen la extracción de petróleo en una plataformapetrolífera en alta mar, es casi imposibleconseguir una medición de caudal precisa.
Número de ReynoldsEl número de Reynolds relaciona la densidad, viscosidad, velocidad y dimensión típica de un flujo en una expresión adimensional, que interviene en numerosos problemas de dinámica de fluidos.
donde:
: densidad del fluido
V: velocidad característica del fluido
D: diámetro de la tubería a través de la cual circula el fluido
μ: viscosidad dinámica del fluido
Si Re <2000 el flujo es laminar
Si Re> 4000 el flujo es turbulento
Si 2000 <Re <4000 se llama flujo de
transición.
Terminología de Caudal
Tres leyes básicas rigen la naturaleza de
un fluido:
- La ecuación de continuidad
- La ecuación de Bernoulli
- La conservación de la masa
La Ecuación de Continuidad
Representación gráfica del significado de la ecuación de
continuidad para fluidos incomprensibles
Esta ley se refiere a la velocidad del volumen del fluido que pasa por un punto determinado de
una tubería. La ley establece que el volumen de fluido (Qv) que pasa por una sección transversal
de una tubería (A) por unidad de tiempo siempre es constante si la densidad es constante, como
es el caso de los líquidos.
La Ecuación de BernoulliRepresentación gráfica del significado de la ecuación de Bernoulli
Esta ecuación describe la relación
entre los diferentes estados de
energía de un caudal.
Tres tipos de energía:
• Energía potencial, dos
componentes:
- Energía dependiente de la
posición “Z” (presión hidrostática
entre dos niveles de tuberías
diferentes, conocido como
elevación)
- Energía dependiente de una
presión externa “P” (presión en una
tubería de agua producida por
bombeo)
• Energía cinética “k” (energía por la
circulación del fluido, velocidad del
caudal)
Conservación de la Masa
Puesto que la materia no se crea ni se destruye, la cantidad total
de masa que transporta el caudal (m) en cada punto de la tubería ha de ser constante .
. m : Caudal másico.
A : Área de la sección transversal.
: Densidad del fluido .
V : Velocidad del fluido .
Esta ley es particularmente relevante para los caudales de gas.
En el caso de un gas que circule por una tubería de sección variable; tanto la presión como la densidad cambiarán simultáneamente, con lo cual se observa que la medición de caudales de gases resulta más compleja.
Caudalimetros de Presión Diferencial
Principios de Medición de los
Caudalimetros de tipo de paso
reducido
Estos caudalímetros utilizan la diferencia de presión provocada por elementos primarios
como:
Placas Orificio
Toberas
Tubos Venturi
Tubos Pitot (no paso reducido)
Estos sensores de presióndiferencial son los mas usadospara la medición de caudal en laindustria por ser los mas simples ybaratos.
Caudalímetros de Presión DiferencialPrincipio de medición -por paso
reducido
Placas Orificio
Toberas
Tubos / Toberas Venturi
Instrumentos de Presión Diferencial
La ecuación de
Bernoulli, se puede
considerar como una
apropiada declaración
del principio de
la conservación de la
energía, para el flujo de
fluidos
Instrumentos de Presión Diferencial
Si Pa, Pc y Va, Vc son las presiones
absolutas y velocidades en la zona
anterior a la placa donde el fluido
llena todo el conducto y en la vena
contraída respectivamente, y Sa, Sc
son las secciones correspondientes,
resulta:
E es el coeficiente de
aproximación
(dependiente de la
relación de β)
Vc es la velocidad del
fluido en la vena
contraída
El caudal volumétrico viene dado por la siguiente formula :
El caudal másico viene dado por la siguiente formula :
Formula para fluidos compresibles
La expresión final que se obtiene es parecida a la de losfluidos incompresibles introduciendo un coeficienteexperimental de expansión Є para tener en cuenta laexpansión ocurrida durante la aceleración del flujo.
La fórmula también se ve afectada por un coeficienteadicional C llamado «coeficiente de descarga» con lo cual.
La pérdida de carga residual
depende de la razón entre los
diámetros β y en consecuencia de
la geometría particular del
estrechamiento
Está pérdida de carga ω, sin
embargo es considerablemente
inferior a la presión diferencial p.
La pérdida de carga en
una tubería o canal es la
pérdida de energía dinámica
del fluido debido a la fricción de
las partículas del fluido entre sí
y contra las paredes de la
tubería que las contiene.
Las pérdidas pueden ser
continuas, a lo largo de
conductos regulares, o
accidentales o localizadas,
debido a circunstancias
particulares, como un
estrechamiento, un cambio de
dirección, la presencia de
una valvula,etc
Modelos de placa orificio
a. Placa orificio una pieza
b. Placa orificio dos piezas
c. Modelo con toma en brida
d. Tramo de medición compacto
con tomas de brida
e. Placa orificio para inserción
entre dos bridas
f. Modelo con tomas en tubería a
distancia D y D/2
Las placas orificio son eficientes y se
usan en particular para medir caudales de
gas y vapor, pero también se pueden
utilizar con líquidos.
La presión se detecta en tubos o ranuras
anulares aguas arriba y aguas abajo del
diafragma. Esta variedad de diseños se
corresponde con la diversidad de
opciones de instalación, materiales y
áreas de aplicación.
Tubos / toberas Venturi
Ventajas:
• Pérdidas de carga menores que con las placas orificio.
• Resistente al desgaste interno.
• Menos sensibles a las perturbaciones originadas aguas arriba
• Buena ejecución para valores de βelevados y para tamaños grandes.
Desventajas:
• Mayores longitudes en general.
• Costes de instalación y mantenimiento
superior.
• Los diámetros nominales grandes presentan
problemas de manejo (un mayor peso muerto
en el transporte).
Se emplean principalmente para medir caudales delíquidos, por ejemplo en sistemas dedistribución de agua, o de biogasesprocedentes de plantas de tratamiento de aguasresiduales.
Su incertidumbre es ligeramente superior que con lasplacas orificio por las presiones diferencialesinferiores que suelen involucrar.
Los tubos Venturi y las toberas Venturi disponen de undifusor de salida divergente que constantementereduce la velocidad del fluido mientras la presiónaumenta.
Toberas
La presión se detecta en tubos o ranurasanulares, de modo muy parecido alcaso de las placas orificio.
Las Toberas son un buen
instrumento entre los tubos Venturi y
las placas orifico porque combinan un
diseño compacto con unas pérdidas
de presión razonablemente bajas.
Hay dos tipos de toberas según ISA
1932 y toberas de radio largo según ISO
5167-1/A1
Por su sección de entrada redondeada
con radio, las toberas pueden tolerar
velocidades de circulación del fluido
muy altas y también resultan una buena
elección para fluidos abrasivos.
La presión diferencial es inferior que en
las placas orificio, y en consecuencia,
las pérdidas de presión también, pero la
incertidumbre en la medición es
ligeramente superior.
Principio de medición – Tubos Pitot
Modelo de puerto Múltiple
El detector atraviesa todo el diámetro
de la tubería y las hendiduras están
distribuidas para que representen un
promedio de la velocidad del fluido.
Los tubos de Pitot también se basan endiferencias de presión. El tubo de Pitot seinstala en tuberías transversalmente a ladirección de circulación del fluido o enconductos de sección rectangular.
El elemento medidor, un detector en formade varilla, tiene una o varias hendiduras enla parte anterior y en la parte posterior,conectadas a un transmisor de presionesdiferenciales por dos canalesindependientes.
Las hendiduras en la parte anteriorregistran la carga total de presión ( Pdin +Pestat).
Las hendiduras en la parte posterior sólodetectan la Pestat. En lo tanto, la presióndiferencial entre la parte anterior y la parteposterior corresponde a la Pdinámica de latubería.
aplicaciones
Medición de
un gas
condensado
con un tubo
de Pitot
Placas orificio en uso
Medición de agua caliente Medición del caudal en un
sistema de refrigeración
![Modelo de presión diferencial cero Nuevo Electroválvula de ...content2.smcetech.com/pdf/VXS-A_ES.pdf · Presión diferencial mín. de trabajo Nota 1) [MPa] Presión diferencial](https://img.pdfslide.tips/doc/110x75/5eba7c5f46569a791e550620/modelo-de-presin-diferencial-cero-nuevo-electrovlvula-de-presin-diferencial.jpg)
