Medidores de flujo

Medidores de Flujo

Introducción

Siempre que se trabaja con un fluido , existe la necesidad de realizar un conteo de la cantidad que se transporta, para lo cual utilizamos medidores de flujo.

Algunos de ellos miden la velocidad de flujo de manera directa y otros miden la velocidad promedio, y aplicando la Ecuación de continuidad y la de energía se calcula la velocidad

FACTORES PARA LA ELECCIÓN DEL TIPO DE MEDIDOR DE FLUIDO

Intervalo de medición Exactitud requerida Pérdida de presión Tipo de fluido Tipo de medición Calibración Medio ambiente Lugar de ubicación

TIPOS DE MEDIDORES DE FLUJO MEDIDORES DE CABEZA VARIABLE

*Tubo de Venturi*Placa de Orificio

MEDIDORES DE ÁREA VARIABLE*Rotámetro*Fluxómetro de turbina*Fluxómetro de vórtice*Fluxómetro electromagnético*Fluxómetro de Ultrasonido*Fluxómetro de velocidad-Tubo de Pitot-Anemómetro de Copas-Anemómetro de Alambre Caliente

MEDIDORES DE FLUJO MASICO: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.

1. MEDIDORES DE CABEZA VARIABLE

1.1 TUBO DE VÉNTURI

Es una tubería corta recta, o garganta, entre dos tramos cónicos. La presión varía en la proximidad de la sección estrecha; así, al colocar un manómetro o instrumento registrador en la garganta se puede medir la caída de presión y calcular el caudal instantáneo.

Cuando una placa se coloca en forma concéntrica dentro de una tubería, esta provoca que el flujo se contraiga de repente conforme se aproxima al orificio y después se expande de repente al diámetro total de la tubería. La corriente que fluye a través del orificio forma una vena contracta y la rápida velocidad del flujo resulta en una disminución de presión hacia abajo desde el orificio.

1.2 Placas de orificio:

1. La concéntrica: sirve para líquidos2. La excéntrica: para los gases3. La segmentada cuando los fluidos contienen un alto

porcentaje de gases disueltos.

Algunos tipos de placas de orificio

Es una contracción gradual de la corriente de flujo seguida de una sección cilíndrica recta y corta.

BOQUILLA O TOBERA DE FLUJO

2. Medidores de área variable

Los medidores de área variable pertenecen al grupo de los llamados medidores diferenciales de presión.

Esta clase de medidores presenta una reducción de la sección de paso del fluido, dando lugar a que el fluido aumente su velocidad, lo que origina un aumento de su energía cinética y, por consiguiente, su presión tiende a disminuir en una proporción equivalente, de acuerdo con el principio de la conservación de la energía, creando una diferencia de presión estática entre las secciones aguas arriba y aguas abajo del medidor.

ESPECIFICACIONES

El Rotámetro: tiene un flotador (indicador) que se mueve libremente dentro de un tubo vertical ligeramente cónico, con el extremo angosto hacia abajo. El fluido entra por la parte inferior del tubo y hace que el flotador suba hasta que el área anular entre él y la pared del tubo sea tal, que la caída de presión de este estrechamiento sea lo suficientemente para equilibrar el peso del flotador. El tubo es de vidrio y lleva grabado una escala lineal, sobre la cual la posición del flotador indica el gasto o caudal.

Tipos de flotadores:

Cilíndrico con borde plano: caudales mayores y mayor gama de fluidos.

Cilíndrico con borde saliente de cara inclinada a favor del flujo, disminuyendo su afectación por la viscosidad del medio.

Cilíndrico con borde saliente en contra del flujo: comparable a una placa de orificio y con el menor efecto de la viscosidad.

Material Densidad (g/ml)Aluminio 2.72Bronce 8.78

Durimet 8.02Monel 8.84Níquel 8.91Goma 1.20

Acero inoxidable 303 7.92Acero inoxidable 316 8.04

Hastelloy B 9.24Hastelloy C 8.94

Plomo 11.38Tantalio 16.60Teflón 2.20Titanio 4.50

TIPOS Y MATERIALES DE LOS FLOTADORES

FLUXOMETRO DE TURBINA

El fluido provoca que el rotor de la turbina gire a una velocidad que depende de la velocidad del flujo. Conforme cada una de las aspas de rotor pasa a través de una bobina magnética, se genera un pulso de voltaje que puede alimentarse de un medidor de frecuencia, un contador electrónico u otro dispositivo similar cuyas lecturas puedan convertirse en velocidad de flujo. Velocidades de flujo desde 0.02 L/min hasta algunos miles de L/min se pueden medir con fluxómetros de turbina de varios tamaños.

OTROS MEDIDORES DE AREA VARIABLE

FLUXOMETRO DE VORTICE

Una obstrucción chata colocada en la corriente del flujo provoca la creación de vórtices a una frecuencia que es proporcional a la velocidad del flujo. Un sensor en el fluxómetro detecta los vórtices y genera una indicación en la lectura del dispositivo medidor.

La frecuencia de los vórtices creados es directamente proporcional a la velocidad del flujo y, por lo tanto, a la frecuencia del flujo del volumen. Pueden utilizarse en una amplia variedad de fluidos incluyendo líquidos sucios y limpios, así como gases y vapor.

FLUXOMETRO ELECTROMAGNÉTICO

Basado en la Ley de Faraday. Formado por un tubo, revestido interiormente con material aislante. Sobre dos puntos diametralmente opuestos de la superficie interna se colocan dos electrodos metálicos, entre los cuales se genera la señal eléctrica de medida. En la parte externa se colocan los dispositivos para generar el campo magnético, y todo se recubre de una protección externa, con diversos grados de seguridad.

FLUXOMETRO DE ULTRASONIDO

Consta de unas Sondas, que trabajan por pares, como emisor y receptor. Los hay dos tipos: a) DOPPLER: Miden los cambios de frecuencia causados por el flujo del líquido. Se colocan dos sensores cada uno a un lado del flujo a medir y se envía una señal de frecuencia conocida a través del líquido.

b) TRÁNSITO: Tienen transductores colocados a ambos lados del flujo. Las ondas de sonido viajan entre los dispositivos con una inclinación de 45º respecto a la dirección de flujo del líquido.

SONDAS DE VELOCIDAD

TUBO PITOT.Tubo hueco colocado de tal forma que los extremos abiertos apuntan directamente a la corriente del fluido. La presión en la punta provoca que se soporte una columna del fluido.

El fluido dentro de la punta es estacionario o estancado llamado punto de estancamiento.

ANEMOMETROS DE COPA ‘Es el instrumento clásico usado para medir el viento. Los valores de medida

empiezan con 0,1 m/s y 1 m/s, dependiendo del diseño’. Tiene un eje vertical y tres copas o cazoletas que capturan el viento. El n° de revoluciones por segundo son registradas electrónicamente.

Normalmente está provisto de una veleta para detectar la dirección del viento.

mide la velocidad del fluido detectando los cambios en la transferencia de calor mediante un pequeño sensor calentando eléctricamente (un hilo o una película delgada) expuesto al fluido bajo estudio. El sensor calentado es mantenido a una temperatura constante usando un circuito de control electrónico. La magnitud del aumento de voltaje necesario para mantener la temperatura constante está directamente relacionada con la transferencia de calor y, por tanto, con la velocidad del fluido. Es ideal para la medida de velocidades en fluidos puros (gases, y líquidos) de temperatura uniforme.

ANEMOMETRO DE ALAMBRE CALIENTE

3. MEDIDORES DE 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 masico 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. El tipo b constituye la base de varios medidores de gasto de masa comerciales,

una de cuyas versiones se describirá someramente a continuación

MEDIDOR DE GASTO DE MASA DE MOMENTO TRASNVERSAL PARA FLUJO AXIAL

También conocido como medidor de gasto de masa de momento angular.

Una de las aplicaciones de este principio comprende el uso del flujo axial que pasa por un propulsor activado y una turbina puestos en serie. El propulsor le imparte una cantidad de movimiento o momento angular al fluido que, a su vez, genera un par de fuerza que se comunica a la turbina a la que le impide girar por medio de un resorte. El par, que se puede medir es proporcional a la velocidad de rotación del propulsor y al gasto.

MEDIDORES DE GASTO DE MASA INFERENCIAL

1. Medidores de carga con compensación de densidad.

Los medidores de carga, como orificios, tubos Venturi o boquillas se utilizan con uno de los diversos densitómetros disponibles (por ejemplo basándose en una fuerza ascensional en un flotador, acoplamiento hidráulico, salida de voltaje de un cristal piezoeléctrico o absorción por radiación). La señal proveniente del medidor de carga, es proporcional a ρV² (donde: ρ = densidad del fluido y V=velocidad del fluido), se multiplica por ρ según la lectura del densitómetro. La raíz cuadrada del producto es proporcional al gasto de masa.

2. Medidores de carga con compensación de velocidad. La señal proveniente del medidor de carga, que es proporcional a ρV², se divide entre la señal de un velocímetro para obtener una señal proporcional al gasto de masa.

3. Medidores de velocidad con compensación de densidad.

La señal generada por el velocímetro (por ejemplo, medidor de turbina electromagnético o de velocidad sonica) se multiplica por la señal obtenida en el densitómetro para dar una señal proporcional al gasto de masa.

APARATOS PARA MEDICIONES DE CAUDAL MÁSICO

Medidores térmicos Un método de determinación del flujo

de masa es por el efecto de transferencia de calor. Se pone en contacto con el fluido una resistencia de platino con una corriente controlada. Esta resistencia sube su temperatura en condiciones sin flujo. Cuando el flujo se inicia, existe una disminución de temperatura en el sensor por el intercambio de calor con el fluido. La corriente eléctrica varía por la propia variación de la resistencia con la temperatura y esta variación es proporcional a la nueva temperatura del sensor.

Con la configuración del equipo indicado, poniendo a los tubos en oscilación a una frecuencia fija uno contra otro; el movimiento entre los tubos en U será estable. Con el ingreso del fluido al sistema, este circulará en el primer brazo de la U alejándose del eje de rotación, mientras que en el segundo brazo de la U estará acercándose al eje de rotación. Esto generará una fuerza de Coriolis que distorsionará la oscilación fija en vacío. Esta distorsión será entonces una función de la masa y de la velocidad de flujo. La velocidad angular está fijada por la frecuencia de excitación.

Caudalímetro de Coriolis

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.• Es mayor en tamaño que otros caudalímetros

COMPARATIVA DE LOS DISTINTOS SENSORES DE FLUJO

Sensor de flujo Líquidos recomendados Pérdida de presión

Exactitud típica en %

Medidas y diámetros

Efecto viscoso Coste Relativo

Orificio Líquidos sucios y limpios; algunos líquidos viscosos Medio ±2 a ±4 of full

scale 10 a 30 Alto Bajo

Tubo Venturi Líquidos viscosos, sucios y limpios Bajo ±1 5 a 20 Alto Medio

Tubo Pitot Líquidos limpios Muy bajo ±3 a ±5 20 a 30 Bajo Bajo

Turbina Líquidos limpios y viscosos Alto ±0.25 5 a 10 Alto Alto

Electromagnet.Líquidos sucios y limpios;

líquidos viscosos y conductores

No ±0.5 5 No Alto

Ultrasonic. (Doppler) Líquidos sucios y líquidos viscosos No ±5 5 a 30 No Alto

Ultrasonic. (Time-of-travel)

Líquidos limpios y líquidos viscosos No ±1 a ±5 5 a 30 No Alto

APLICACIONES DE ALGUNOS MEDIDORES DE FLUJO

CONCLUSIONES

Tener en cuenta que los Medidores de Flujos son dispositivos, que pueden ser utilizado en muchas aplicaciones tecnológicas, requieren de un buen uso y mantenimiento

Los medidores de flujo nos ayudan a controlar y mantener

especificaciones de operación en un proceso.