Top Banner

of 36

Sensores Venturi

Nov 05, 2015

Download

Documents

Cesar Camacho

Sensores de flujo tipo venturi
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
  • Medicin de VariablesFlujo - Temperatura

  • Medicin de flujo

    Definicin

    Es la cantidad de fluido que pasa por una seccin transversal de la tubera por unidad de tiempo.

    Volumtrica

    Msica

    Tipo de medida

    Unidades

    Volumtricos = VolumenTiempoLitrosSeg.

    Ejemplo:

    Msicos = MasaTiempo

    Ejemplo: Kg.Hora

    TonDa

    Gr.Seg

  • Medicin de flujo

    Mtodos medicin de flujo

    Placa orificioTubo venturiToberaInstalacin de instrumentacinMedidor de turbinaMedidor ultrasnicoMedidor de disco oscilanteMedidor de lbulosMedidor vortex

    Volumtricos:

    Msicos:CoriolisTrmico

  • Medicin de flujoPlacas de orificio

    Inferencia del caudal en una tuberia proporcional a la raizcuadrada de la presion diferencial generada por una restriccion en la tuberia (teorema de Bernoulli)

    Rangoabilidad 1 a 3 Requerimientos de tramos rectos antes y

    despues del elemento. Disponibilidad de elementos prefrabicados de

    alta precision Limitaciones de la relacion d / D (0.2 a 0.7) Matarial base de la placa: acero inoxidable Diferentes tipos de placas en funcion de la

    viscosidad del fluido y del numero de reynolds.

  • C COPYRIGHT, Vectores, 2.003

    Factores que afectan el flujo de un fluido a travs de una tubera:1.- La velocidad.2.- La friccin del fluido con la tubera3.-`La viscosidad4.- La densidad5.- La temperatura6.- La presin

    Se ha determinado que los factores de flujo mas importantes pueden ser correlacionados y agrupados en un factor adimensionalllamado Numero de Reynolds, el cual describe el flujo para todaslas velocidades y dimetros de tubera.

    VDRe =

    El flujo turbulento esta representado por Numero de Reynolds mayores a 4000. En la zona de transicin con Numero de Reynolds entre 2000 y 4000. Flujo laminar se espera Numero de Reynolds menores a 2000.

  • C COPYRIGHT, Vectores, 2.003

    Medidor de Flujo Diferenciales: (Bernoulli)

    Ph Pl

    Presin recuperada

    gh

    l

    AVQg

    g

    gg

    AAVV

    QQVV

    VVPP

    VPVP

    ll

    lhhl

    hllh

    llhh

    2

    ,....,...2

    2

    22

    2

    22

    22

    22

    22

    =

    ===

    =

    +=+

    ( )

    ( )

    =

    =

    =

    ==

    Q

    g

    g

    Dd

    g

    AQD

    dAQ

    VAQ

    V

    ll

    ll

    lll

    l

    412

    1

    2

    12

    4

    4

  • C COPYRIGHT, Vectores, 2.003

    Criterios de ingeniera:

    Dd

    teoricoFlujorealFlujoC

    ==

    CO

    EFI

    CIE

    NTE

    DE

    DE

    SC

    AR

    GA

    C

    RELACION B

    1.2

    1.0

    0.8

    0.5

    0.80.60.40.2

    TOBERA / VENTURI

    PLACA ORIFICIO (TOMAS BRIDA)

    PLACA ORIFICIO CON TOMAS EN LA TUBERIA

  • Medicin de flujoPlaca de orificio instalada en la bridaLas tomas de presin se hacen antes y despus de la placa. A travs de estas tomas de presin se puede medir la presin diferencial que permite calcular el flujo.

    H L Sentido de la direccion del fluido Orientacion de las tomas en funcion del tipo de

    fluido. Consideraciones en cuanto a la orientacion de

    los orificios de venteo y drenaje Requerimientos de empacaduras de espesores

    y materiales apropiados Orientacion preferida en lineas verticales

  • Medicin de flujo

    Toma de vena contracta

    La toma de alta presin se localiza a 1 dimetro nominal antes de la placa, y la toma de baja se localiza a una distancia d, que depende de la relacin entre los dimetros de la tubera y del orificio.

    d = D1 d2

    d D

    Elevacin de dimetros d/D

    0,2

    0,6

    0,8

    0,4

    0,2 0,6 0,80,4

    Elevacin de distancias

    2

    Mayores exigencias en cuanto a tramos rectos antes y despues del elemento

    Inexactitudes en la medicion por encima de las tomas en bridas

  • Medicin de flujo

    Toma de tubera

    Se emplea en la medicin de flujo de gases y es la que permite mayor estabilidad en la presin diferencial.

    2 D 8 D

    D

    Mayores exigencias en cuanto a tramos rectos antes y despues del elemento

    Inexactitudes en la medicion por encima de las tomas en bridas

  • Medicin de flujo

    D

    0.3a

    0.8DD

    2 D

    D

    8D

    H

    1 1

    L

    H

    1 1

    L

    Toma de bridas

    Toma de vena cotracta

    Toma de tubera

    Estructura Antes DespusCodo 15D 5DDoble codo 20D 5DReduccin 15D 5DVlvula 8D 5D

  • Medicin de flujoTubo venturi:Esta caracterizado por su entrada convergente y salida divergente. Los hay en secciones rectangulares y cuirculares. La relacion de diametro recomendable es de:

    Se utiliza en la medicinde grandes flujos.Exactitud. 1 a 3 %.Alto costo

    Toma de presin de

    aguas arribaSeccin de

    entradaToma de

    presin de aguas abajo

    Cmaras piezomtricas

    Seccin de salida

    Seccin de garganta

    Toma de presin de aguas abajo

    Ideales para la medicion de caudales en ductos y en las lineas de succion de compresores.

    75.04.0

  • Medicin de flujoTobera de flujo:La tobera puede considerarse como una variacion del tubo venturi. Las tomas de presion se localizan aproximadamente 1/2 D aguas abajo y 1D aguas arriba; donde D es el diametrro de la tuberia. La tobera se utiliza principalmente cuando la turbulencia es alta (Re > 50000), tal como vapor a altas temperaturas.

    Se utiliza en aplicaciones dondeel fluido trae consigo slidos ensuspensin.Exactitud TV < TF < PO

  • Medicin de flujoMedidor de turbina (medicin por velocidad)Consta de un rotor que gira al paso del fluido con una velocidaddirectamente proporcional al flujo. Cada medidor se calibra paradeterminar el coeficiente de flujo o factor K, que representa el No. De pulsos generados por unidad de volumen del fluido.Suexactitud depende del tren de pulsos y oscila entre 0.15 y 1.0 % de la lectura.

    Alta precision + / - 1/4 a 1/2% Requiere de certificacion (factor de

    calibracion k) Aplicacin en servicios limpios En caso de fluidos sucios requiere de filtros

    y desareadores en la tuberia Aplicaciones de transferencia de custodia Alto mantenimiento, por desgastes en los

    rodamientos

    QfK 60= F = No. De Pulsos por segundoQ = Tasa de flujo en gpm.

    K = Pulsos por galn.

  • Medicin de flujoPrincipio del medidor ultrasnico

    Las mediciones de flujo ultrasnico miden el flujo por la diferencia de velocidad del sonido al propagarse esta en el sentido del flujo y en sentido contrario.

    Transductor

    V

    Alta rangoabilidad Medicion en lineas de agua salada, alivios a

    mechurrios. Alto costo de instalacion y de mantenimiento.

    VtVt

    cL

    cL

    22

    11

    =+=

    tVtV

    Lc

    cL

    22

    11

    =

    =

    221 VVV += AVQ =

  • Medicin de flujo

    Medidor de lbulos

    Consta de dos lbulos engranados entre si que giran en direcciones opuestas manteniendo una posicin relativa fija y desplazando un volumen fijo de fluido.

    Entrada

    Lbulos

    Salida

    Alta precision + / - 0.2% Requiere de certificacion (factor de

    calibracion k) Aplicacin en servicios limpios En caso de fluidos sucios requiere de filtros

    y desareadores en la tuberia Aplicaciones de transferencia de custodia Alto mantenimiento, por desgastes en los

    rodamientos Altos costos de instalacion y de

    mantenimiento.

  • Medicin de flujoMedidor de vortex

    Se basa en la determinacin de la frecuencia de los remolinos o vrtices que se producen en el fluido de aguas debajo de una barra que se coloca en la tubera para obstruir el fluido. La frecuencia de estos remolinos (vortices), es directamente proporcional a la velocidad del fluido.

    Electrnica

    Barra

    Formacin de remolinos o vrtices

    Altos requerimientos de tramos rectos antes y despues del elemento

    Corrimiento de lecturas por efectos de vibraciones en la tuberia

    Alta rangoabilidad

    VhfSt =

    St: Numero de Strouhal = Kf: Frecuencia de vrticesV: Velocidad del fluidoh: Caracterstica del cuerpo o

    barra que obstruye

  • Medicin de flujo

    Medidor de flujo por efecto coriolis

    Las medidas de flujo msico por efecto coriolis operan por aplicacin de la segunda ley de Newton.Fuerza = masa x aceleracin.

    Altos costos de mantenimiento Elevada precision Altos costos de instalacion

    El medidor coriolis consta de:Una carcaza de acero inoxidable donde se encuentra el lazo U.Una unidad electrnica.

  • Medicin de flujoPrincipio de medicin por efecto coriolis

    Durante el medio ciclo de vibraciones cuando el lazo se mueve hacia arriba, el fluido que entra al lazo opone resistencia empujando el tubo hacia abajo. Recprocamente, el fluido que sale de lazo se resiste disminuyendo su momento vertical y empuja el tubo hacia arriba. Esta combinacin de fuerzas resistivas produce un torque en el lazo. Este efecto se conoce como efecto coriolis.

    Fuerza del fluidoFlujo

    Flujo

    Fuerza del fluidoA B C

    Vibraciones

    F

  • Medicin de temperaturaDefinicin

    Es el fenmeno que tiene lugar en los cuerpos cuando estos absorven o liberan energa calrica. Cuando no existe transferencia de calor ente dos cuerpos, estos se encuentran en equilibrio termico. Por lo tanto sus temperaturas son iguales.

    C = ( 5/9 ) x ( F - 32)

    Unidades

    Grados celsius (C)Grados Fahrenheit (F)Grados Kelvn (K)Grados Rankine (R)

  • Medicin de temperatura

    Termmetros de bulbo

    Termmetros bimetalicos

    Termopares

    Termo resistencias

    Mtodos y elementos usados en la medicion de temperatura

    La medicion de temperatura no es factible si no existe un intercambio de energia. Si este intercambio es minimo se deficulta la medicion.

  • Termmetro de bulbo

    A variaciones de temperatura el bulbo tiende a expandirse o contraerse.

    Medicin de temperatura

    En la mayoria de los casos estos instrumentos utilizan el tubo bourdon como elemento sensor.

    La longitud del capilar puede alcanzar los 80 mts.

    Los liquidos mayormente utilizados como relleno son: el etanol, agua o mercurio.

  • Termmetro bimetlico

    Utiliza el principio de dos metales con coeficientes de dilatacin trmica distinta, unidos mediante soldadura.

    Medicin de temperatura

    Eje de rotacin

    Extremo libre unidoal eje de rotacin

    Extremo fijo

    Bulbo METAL DE ALTAEXPANSINTRMICA

    METAL BAJAEXPANSIN

  • Medicin de temperaturaTermoparesDos metales distintos en contacto el uno con el otro forman una junta la cual genera una pequea fuerza electromotriz (emf). Al calentarse la junta de medicion se produce un incremento en la emfproducto del calor aplicado.

    Un convertidor compara la seal generada contra una de referencia y genera una seal proporcional a la temperatura medida.

    Junta de medicion Cable de extension

    Cable de extension

    Junta de referencia

  • Termopar

    Un termopar consta de dos conductores homogneos y diferentes unidos en sus extremos y aislados lateralmente.

    Junta de medicin Junta de Referencia

    A

    B

    T1 T 2

    Medicin de temperatura

  • Medicin de temperaturaTermopares

    Cables de termopar

    Junta calientesoldada

    Cabeza

    Brida ajustable

    Termopozo

    Junta de medicin InstrumentoTermopar+-

  • Relacin voltaje Vs. temperatura en termopares

    E= KTc (Tm Tr) K (Tm Tr )2

    2 2

    Medicin de temperatura

    Materiales de los elementos sensores:

    J: Hierro - constantano

    K: Cromo - alumino

    T: Cobre - constantano

    S: 90% Platino - 90% Rodio

    J : 0 a 750 gradosK : -190 a 1370 gradosT: -190 a 750 gradosS: 0 a 1700 grados

  • Medicin de temperatura

    Termopares

    Consideraciones en cuanto a la presicion de medida:

    - Daos al elemento sensor- Precision de la medida- Tiempo de respuesta- Interferencias electromagneticas sobre la medida

  • Leyes termoelctricas:

    Circuitos homogneosMetales intermediosTemperaturas intermedias

    Medicin de temperatura

    T + T1 1 2T = TT0 0

    E 1EE E +2 1 2

    +

    -v

    Cu

    Cu

    Fe

    C

    T1

    Fe

    C

    +

    -T

    T2

    T

  • Efecto de cable de conexinPor combinacin de la ley de los circuitos homogneos con la ley de los metales intermedios se hace posible la insercin de un aparato medidor de F.E.M. y de sus respectivos cables de conexin dentro del circuito termo elctrico, sin alterar la F.E.M. trmica; previendo que las juntas trmicas estn a la misma temperatura.

    Medicin de temperatura

  • Conexin en paralelo

    La F.E.M. total generada equivale al promedio de las F.E.M. parciales de cada termopar, si la resistencia de cada uno de stos es igual.

    T

    T

    T

    +

    _

    E

    1

    2

    3

    i

    Medicin de temperatura

  • Conexin en serie

    La F.E.M. equivale a la suma algebraica de las F.E.M. parciales de cada termopar.

    A

    D

    E

    B

    C

    +

    -

    T

    T

    T

    T

    2

    1

    3

    4

    Medicin de temperatura

  • Termoresistencia (RTD)Lo constituye un elemento sensor, el cual recibe en forma permanente una seal de corriente. Este elemento sensor varia su resistencia ante cambios en la temperatura. La magnitud de este cambio frente a 1oC de cambio en la temperatura se conoce como Coeficiente de resistencia de temperatura

    Su aplicacin considera procesos donde:

    Se requiere de alta precision de medidaEstabilidad en la medicionPresencia de gases corrosivos que afectan laoperacin del sensor.Rango de medicion igual al de las termocuplas.

    Medicin de temperatura

    ( )TRR ot += 1

    Rt: Resistencia en ohms a la T

    Ro: Resistencia en ohms de referencia 0 oC

    : Coeficiente de resistencia de T.

  • Bulbo de resistencia de platino

    Los bulbos de resistencia de platino industrial vienen disponibles en una amplia variedad de resistencia que van desde 100 a 500 ohms

    Medicin de temperatura

  • Combinaciones de la RTD

    La razn de utilizar ms lazos con el uso de la RTD es que permite compensar el efecto de la resistencia del cable, disminuir la resistencia del cable y mayor confiablidad en la medicin.

    Medicin de temperatura

  • Bulbo de termmetros de resistencia

    Para aplicaciones donde se combinan requerimientos de altas temperaturas con alta presin, alto flujo y altas vibraciones; el termmetro de resistencia debe incluir un termopozo.

    Medicin de temperatura