TIPOS DE MEDIDORES DE CAUDAL
- Medidores De Cabeza Variable
El principio básico de estos medidores es que cuando una corriente de fluido se restringe, su presión disminuye por una cantidad que depende de la velocidad de flujo a través de la restricción, por lo tanto la diferencia de presión entre los puntos antes y después de la restricción puede utilizarse para indicar la velocidad del flujo. Los tipos más comunes de medidores de cabeza variable son el tubo venturi, la placa orificio y el tubo de flujo.
1.1. Tubo Venturi
El flujo desde la sección principal en la sección 1 se hace acelerar a través de la sección angosta llamada
garganta, donde disminuye la presión del fluido, después se expande el flujo a través de la porción divergente al mismo diámetro que la tubería principal. En las paredes de la tubería, secciones 1 y 2, se encuentran ubicados ramificadores de presión, unidos a un manómetro diferencial.
Según la ecuación de energía y de continuidad, se puede calcular el caudal de la siguiente forma:
El término hL es la pérdida de energía del fluido conforme este corre de la sección 1 a la sección 2. El valor de hL debe determinarse de forma experimental, es conveniente reemplazarlo por un coeficiente de descarga
C. El valor del coeficiente C depende del número de Reynolds del flujo en la tubería principal y de la
geometría real del medidor:
C = f (D, ß, NR)
Donde ß = d/D, el cociente del diámetro de la garganta y el diámetro de la sección de la tubería principal.
Figura 2. Curva típica de C del tubo venturi versus el número de Reynolds
Es un medidor mucho mas preciso que la placa orificio y el tubo de flujo, pues dada su geometría, las líneas
de flujo que se juntan en la garganta lo hacen de tal manera que incluso otorga excelentes mediciones aún si se esta trabajando con líquidos viscosos o con líquidos con material en suspensión pues en el cuello del venturi es muy difícil que queden sedimentos adheridos, dado que las velocidades son mucho más grandes.
El tubo se puede instalar en cualquier posición: horizontal, vertical o inclinada, debe introducirse en un tramo
recto de la línea de tubería y tan lejano, hacia abajo como sea posible, de cualquier origen de trastorno en el
flujo, tal como reductores, válvulas, y grupos de conexiones. Para los largos mínimos de tubería recta que
deben preceder al tubo de medición, se debe consultar una hoja de instrucciones de "Tramos de tubería para
medidores".
1.2. Placa Orificio
Cuando dicha 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. El valor real del coeficiente de descarga C depende de la ubicación de las ramificaciones de presión, igualmente es afectado por las variaciones en la
geometría de la orilla del orificio. El valor de C es mucho más bajo que el del tubo venturi o la boquilla de
flujo puesto que el fluido se fuerza a realizar una contracción repentina seguida de una expansión repentina.
La concéntrica sirve para líquidos, la excéntrica para los gases donde los cambios de presión implican
condensación, cuando los fluidos contienen un alto porcentaje de gases disueltos.
La gran ventaja de la placa de orificio en comparación con los otros elementos primarios de medición, es que debido a la pequeña cantidad de material y al tiempo relativamente corto de maquinado que se requiere en su manufactura, su costo llega a ser comparativamente bajo, aparte de que es fácilmente reproducible, fácil de instalar y desmontar y de que se consigue con ella un alto grado de exactitud. Además que no retiene muchas partículas suspendidas en el fluido dentro del orificio.
El uso de la placa de orificio es inadecuado en la medición de fluidos con sólidos en suspensión pues estas
partículas se pueden acumular en la entrada de la placa., el comportamiento en su uso con fluidos viscosos es errático pues la placa se calcula para una temperatura y una viscosidad dada y produce las mayores pérdidas de presión en comparación con los otros elementos primarios. Las mayores desventajas de este medidor son su capacidad limitada y la perdida de carga ocasionada tanto por los residuos del fluido como por las perdidas de energía que se producen cuando se forman vórtices a la salida del orificio.
1.3. Boquilla O Tobera De Flujo
Es una contracción gradual de la corriente de flujo seguida de una sección cilíndrica recta y corta. Debido a la contracción pareja y gradual, existe una pérdida muy pequeña. A grandes valores de Reynolds (106) C es
superior a 0.99. La tobera de flujo, es un instrumento de medición que permite medir diferencial de presiones cuando la relación de ß, es demasiado alta para la placa orificio, esto es, cuando la velocidad del flujo es mucho mayor y las pérdidas empiezan a hacerse notorias. Luego, al instalar un medidor de este tipo se logran mediciones mucho más exactas. Además este tipo de medidor es útil para fluidos con muchas partículas en suspensión o sedimentos, su forma hidrodinámica evita que sedimentos transportados por el fluido queden adheridos a la tobera.
La instalación de este medidor requiere que la tubería donde se vaya a medir caudal, este en línea recta sin
importar la orientación que esta tenga.
Recuperación de la presión. La caída de presión es proporcional a la pérdida de energía. La cuidadosa alineación del tubo venturi y a expansión gradual larga después de la garganta provoca un muy pequeño exceso de turbulencia en la corriente de flujo. Por lo tanto, la pérdida de energía es baja y la recuperación de presión es alta. La falta de una expansión gradual provoca que la boquilla tenga una recuperación de presión más baja, mientras que la correspondiente al orificio es aún más baja. La mejor recuperación de presión se obtiene en el tubo de flujo.
1.4 Medidor De Turbina
El fluido provoca que el rotor de la turbina gire a una velocidad que depende de la velocidad de 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.
· Sondas De Velocidad
Algunos dispositivos disponibles comercialmente miden la velocidad de un fluido en un lugar específico más
que una velocidad promedio.
1.2.3.1. Tubo Pitot
Cuando un fluido en movimiento es obligado a pararse debido a que se encuentra un objeto estacionario, se
genera una presión mayor que la presión de la corriente del fluido. La magnitud de esta presión incrementada
se relaciona con la velocidad del fluido en movimiento. El tubo pitot es un tubo hueco puesto 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 en o dentro de la punta es estacionario o estancado llamado punto de estancamiento.
Utilizando la ecuación de la energía para relacionar la presión en el punto de estancamiento con la velocidad
de fluido: si el punto 1 está en la corriente quieta delante del tubo y el punto s está en el punto de
estancamiento, entonces,
p1 = presión estática en la corriente de fluido principal
p1/ = cabeza de presión estática
p1 = presión de estancamiento o presión total
ps/ = cabeza de presión total
v12 / 2g = cabeza de presión de velocidad
Solo se requiere la diferencia entre la presión estática y la presión de estancamiento para calcular la velocidad, que en forma simultánea se mide con el tubo pitot estático.
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