MEDICIONES DE FLUJO

OLNEIDER DIAZFERNANDO PEREZ

Un fluido es una sustancia que posee la propiedad de que una porción de la misma puede desplazarse respecto a la otra, es decir, puede fluir venciendo las fuerzas de atracción entre las moléculas, que originan una resistencia interna a este desplazamiento relativo. Los fluidos pueden ser un líquido, un gas o mezcla de éstos dos.

Medidor de Flujo Tipo Turbina

FLUJO VOLUMETRICO

VELOCIDAD DE FLUJOPRESION DIFERENCIAL

FLUJO MASICO

MEDICION DE NIVEL

TEMAS

MEDICIÓN DEL NIVELSegún el tipo de material sensado:

• Líquidos • Sólidos

Según el tipo de medición:

• De punto fijo • De nivel continuo

Según la característica de medición:

• Sensores de medición directa • Instrumentos basados en la presión hidrostática • Instrumentos basados en desplazamiento • Instrumentos basados en la emisión de rayos gamma • Sensores de ionización química • Transductores conductor - electrolítico

MEDICIÓN DEL NIVEL DE LÍQUIDOS

MEDICIÓN DEL NIVEL

El medidor de sonda es una varilla o regla graduada de longitud conveniente para ser introducida en el tanque. la determinación del nivel se efectúa por lectura directa de la longitud mojada por el líquido. otro sistema parecido es el medidor de cinta graduada y plomada siendo usada cuando la regla graduada tenga un difícil acceso al fondo del tanque. Los medidores de nivel con flotador, utilizan un flotador sometido a la fuerza de la gravedad y a la de oposición del liquido. un sistema flotante simple usa un brazo rígido que indica el nivel del líquido a través de ángulo, el cual puede ser medido por un transductor de posición (potenciómetro)

Medición del nivel de líquidos: sensores de

medición directa

MEDICIÓN DEL NIVEL

LOS SENSORES DE NIVEL BASADOS EN DESPLAZAMIENTO, CONSTAN DE UN FLOTADOR PARCIALMENTE SUMERGIDO EN EL LÍQUIDO, CONECTADO MEDIANTE UN BRAZO A UN TUBO DE TORSIÓN QUE ESTÁ UNIDO RÍGIDAMENTE AL TANQUE. EL TUBO DE TORSIÓN SE CARACTERIZA FUNDAMENTALMENTE PORQUE EL ÁNGULO DE ROTACIÓN DE SU EXTREMO LIBRE, ES DIRECTAMENTE PROPORCIONAL A LA FUERZA APLICADA. ESTA FUERZA ESTÁ DEFINIDA POR EL EMPUJE (E) QUE EJERCE EL FLOTADOR HACIA ARRIBA SEGÚN EL PRINCIPIO DE ARQUÍMEDES:

E = GHSEN DÓNDE,

E, ES EL EMPUJEG, ES EL PESO ESPECÍFICO DEL LÍQUIDOH, ES LA ALTURA SUMERGIDA DEL FLOTADORS, ES LA SECCIÓN DEL FLOTADOR

Medición del nivel de líquidos: sensores basados en

desplazamiento

MEDICIÓN DEL NIVEL

Los sensores de nivel de sólidos, pueden ser de niveles fijos o de medición continua.

Los sensores de nivel fijo se utilizan para mantener el nivel de un sólido entre un valor mínimo y uno máximo.

Los sensores de nivel continuo se utilizan para registrar volúmenes o masas en “paquetes” continuos.

MEDICIÓN DEL FLUJO VOLUMÉTRICO

Se acepta que el flujo volumétrico significa el volumen de un medio que se mueve a través de una sección transversal dentro de un período de tiempo dado.                                     

Q: flujo volumétrico en [m³/s], [l/min], [m³/h]V: volumen en [cm³], [dm³], [m³]t: tiempo en [s], [min], [h],

Velocidad de flujo en un tubo

La siguiente relación aplica adicionalmente a líquidos y gases:

V: flujo volumétrico en [m³/s]   c : velocidad de flujo media en [m/s]A : sección transversal en el punto pertinente en [m²]

Donde se conoce la superficie de la sección transversal (tubos, canales) se puede usar esta fórmula para calcular el flujo volumétrico, siempre que se mida la velocidad del flujo.

FLUJO MASICO

Es una necesidad el tener un control del nivel de masa o cantidad de masa del fluido con el que estamos trabajando. Los medidores de masa son usados para líquidos de densidad variable, líquidos multifase o gases que requieren una directa medición del nivel de masa.

En la actualidad sus aplicaciones han llegado a muchos procesos como lo son, la producción del gas natural, refinerías, químicas manufactureras, laboratorios científicos

PRINCIPIOS GENERALESExisten dos clases principales de medidores de masa:

1. El medidor de masa inferencial que mide por lo común el flujo volumétrico del fluido y su densidad por separado.

2. Medidor de masa “verdadero”, que registra directamente el flujo en unidad de masa.algunos medidores de flujo másico son:

a) El medidor de efecto magnus.b) El medidor de momento transversal para flujo axialc) El medidor de gasto de masa de momento transversal para flujo radial.

d) El medidor de gasto de masa de momento transversal.e) El medidor térmico de gasto de masa giroscópico.

MEDICIONES DE CAUDAL MÁSICOMedidores térmicosUn método de determinación del flujo de masa es por el efecto de transferencia de calor.

VENTAJAS DEL CAUDALÍMETRO• Bajo nivel de incertidumbre en la medición de masa• La medición es altamente independiente de la

temperatura, densidad o presión del fluido, sólo depende de la masa

• Principalmente aplicable para líquidos, en un amplio rango, independientemente de la viscosidad

• Baja caída de presión en el flujo.• Capaz de medir caudal másico en ambas

direcciones.• Costo bastante alto• Es importante la limpieza de los tubos oscilantes en

forma periódica.

VELOCIDAD DEL FLUJO La medición de la velocidad es una fase importante al medir el flujo. La velocidad se determina midiendo el tiempo que requiere una partícula determinada para viajar una distancia conocida. Esta técnica se ha desarrollado para estudiar el flujo en regiones tan pequeñas que el flujo normal sería alterado y posiblemente desaparecería la introducir un instrumento para medir la velocidad.

MEDIDORES DE VELOCIDAD MEDIDORES DE TURBINA MEDIDOR ELECTROMAGNETICO

Es un juego de paletas o aspas acopladas a un eje, las cuales giran cuando pasa un fluido a través de ellas. La velocidad a la cual giran estas aspas es proporcional a la velocidad del flujo, y si tenemos la velocidad y el área del conducto se puede determinar el caudal.

Se utilizan dos tipos de convertidores electromagnéticos:• Reluctancia• Inductivo

Se hace un fluido conductor a través de campo magnético producido por un conjunto de bobinas sujetas al exterior de la tubería, generando un voltaje perpendicular al flujo y al campo magnético. Este voltaje es proporcional a la longitud del conductor, a la densidad del campo magnético y la velocidad con que atraviesa el conductor este campo magnético.

Esta compuesto por:• Tubo de caudal• Transmisor

MEDIDORES DE VELOCIDAD MEDIDOR VORTEX MEDIDOR ULTRASONICO

La corriente de un fluido provoca un fenómeno de la mecánica de fluidos conocido como vórtice o torbellino Los vórtices son áreas de movimiento circular con alta velocidad local.  La frecuencia de aparición de los vórtices es proporcional a la velocidad del fluido. Los vórtices causan áreas de presión fluctuante que se detectan con sensores.  Para poder usar este medidor es necesario que el fluido tenga un valor mínimo del número de Reynolds(Re= ρ v D / μ).Indicado para gases y líquidos limpios.

Los medidores de flujo ultrasónicos miden la velocidad del flujo por la diferencia de velocidad del sonido al propagarse ésta en el sentido del flujo y en sentido contrario.

Esta compuesto por:• La unidad sensora• La unidad electrónica• El herraje

Existen dos tipos de Flujo ultrasónico:• El medidor por tiempo de transito• El medidor basado en el efecto Doppler.

FLUJO LAMINAR Y TURBULENTOEl flujo turbulento o corriente turbulenta es el movimiento de un fluido que se da de forma caótica, en que las partículas se mueven desordenadamente y las trayectorias de las partículas se encuentran formando pequeños remolinos aperiódicosEl flujo laminar hace referencia cuando éste es perfectamente ordenado, estratificado, suave, de manera que el fluido se mueve en láminas paralelas sin entremezclarse si la corriente tiene lugar entre dos planos paralelos El perfil de velocidades tiene forma de una parábola, donde la velocidad máxima se encuentra en el eje del tubo y la velocidad es igual a cero en la pared del tubo.

PRESIÓN DIFERENCIALLa presión diferencial se define como la diferencia de las medidas de la presión entre dos puntos en un sistema.  Los medidores que se utilizan generan un cambio de velocidad que se produce por una reducción de área (placa orificio, tobera de flujo, tubo de Venturi, Tubo de Dall, Cuña de flujo) o por una disminución de la velocidad hasta cero (tubo de Pitot, el tubo Annubar). Esta medida es importante en aplicaciones que tienen la funcionalidad de la presión, tales como la instrumentación meteorológica, los aviones y los automóviles.

El pascal (Newton/m2) es la unidad estándar de presión diferencial, las equivalencias de las demás medidas las expresamos en función de esta medida.

Estos miden la presión diferencial causada por una restricción en el flujo. Esta presión diferencial es entonces relacionada con datos experimentales para determinar la razón de flujo a través del metro. En este principio se basan muchos flujómetros utilizados actualmente.

• Placa de Orifio• Tobera de Flujo• Tobera de Venturi• Tubo de Venturi• Tubo de Dall• Cuña de flujo• Tubo de pitot• Tubo de Prandtl• Tubo de Annubar

TIPOS DE FLUJOMETROS DE PRESIÓN DIFERENCIAL

TOBERAS DE FLUJO MEDIDOR ULTRASONICOLa tobera consiste en una entrada de forma cónica y restringida mientras que la salida es una expansión abrupta. En este caso la toma de alta presión se ubica en la tubería a 1 diámetro de la entrada aguas arriba y la toma de baja presión se ubica en la tubería al final de la garganta. Estos instrumentos se utilizan en aplicaciones donde el fluido trae consigo sólidos en suspensión, aunque si estos son abrasivos pueden afectar la precisión del instrumento

Constan de tres partes principales

1. La entrada de forma cónica convergente, entre secciones (1) y (2).

2. 2. La garganta de forma cilíndrica. 3. 3. El difusor de forma cónica divergente.

TIPOS DE FLUJOMETROS DE PRESIÓN DIFERENCIAL

TUBO DE DALL TUBO DE PITOTEs un tubo Venturi especial, en el cono de convergencia, la entrada es un cono clásico, pero la parte inclinada es más corta. El cono de divergencia es más corto que la salida de un tubo de Venturi normal.

Es el instrumento base del método, y consiste simplemente en un tubo que toma la presión de frente al flujo para desacelerarlo hasta cero y tomar así la medida de la presión de estancamiento y otro tubo que toma la presión en un costado de la tubería de forma perpendicular al flujo.

TIPOS DE FLUJOMETROS DE PRESIÓN DIFERENCIAL

• Azevedo N., J. M. y Acosta A., G. Manual de Hidráulica. Sexta edición. Harla, S. A. de C. V. México, 1976.

• Sotelo A., G., Hidráulica general. Volumen I, Editorial LIMUSA S.A. Sexta edición, México, 1982.

• Streeter, V., Wylie, B and Bedford, K. Mecánica de Fluidos. 9Ed. McGraw Hill. Bogotá, 2000.

BIBLIOGRAFIA