IntroducciónIntroducción

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

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

FACTORES PARA LA ELECCIÓN DEL TIPO DE FACTORES PARA LA ELECCIÓN DEL TIPO DE MEDIDOR DE FLUIDOMEDIDOR DE FLUIDO

Intervalo de mediciónIntervalo de medición Exactitud requeridaExactitud requerida Pérdida de presiónPérdida de presión Tipo de fluidoTipo de fluido Tipo de mediciónTipo de medición CalibraciónCalibración Medio ambienteMedio ambiente Lugar de ubicaciónLugar de ubicación

TIPOS DE MEDIDORES DE FLUJO

MEDIDORES DE CABEZA VARIABLE*Tubo de venturi*Placa de Orificio

MEDIDORES DE ÁREA VARIABLE*Rotámetro*Fluxometro de turbina*Fluxometro de vortice*Fluxometro electromagnético*Fluxometro de Ultrasonido*Fluxometro 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 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.

1. MEDIDORES DE CABEZA VARIABLE1. MEDIDORES DE CABEZA VARIABLE

1.1 TUBO DE VÉNTURI 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.

ECUACIONES DE UN TUBO DE VENTURIECUACIONES DE UN TUBO DE VENTURI

El valor de C depende del número de Reynolds del flujo y de la geometría real del medidor. La siguiente figura muestra una curva típica de C Vs número de Reynolds en la tubería principal.

Placas de orificio:Placas de orificio: Cuando una placa se coloca en forma concéntrica dentro de una Cuando una placa se coloca en forma concéntrica dentro de una

tubería, esta provoca que el flujo se contraiga de repente conforme tubería, esta provoca que el flujo se contraiga de repente conforme se aproxima al orificio y después se expande de repente al diámetro 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 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 una vena contracta y la rápida velocidad del flujo resulta en una disminución de presión hacia abajo desde el orificio. disminución de presión hacia abajo desde el 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 orificioAlgunos tipos de placas de orificio

ECUACIÓN DE UNA PLACA DE ORIFICIOECUACIÓN DE UNA PLACA DE ORIFICIO

Orificio de orilla recta:

BOQUILLA O TOBERA DE FLUJO Es una contracción gradual de la corriente de flujo

seguida de una sección cilíndrica recta y corta.

BOQUILLABOQUILLAPara calcular el valor de C, tenemos la siguiente expresión:

C = 0.9975 - 0.00653 (106 / NR)a a= 0.5

a=0.2A grandes valores de Reynolds (106) C es superior a 0.99.

Medidores de área variable Medidores de área variable Los medidores de área variable pertenecen al grupo Los medidores de área variable pertenecen al grupo

de los llamados medidores diferenciales de presión.de los llamados medidores diferenciales de presión.

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

ESPECIFICACIONESESPECIFICACIONES

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

Material Densidad (g/ml)

Aluminio 2.72

Bronce 8.78

Durimet 8.02

Monel 8.84

Níquel 8.91

Goma 1.20

Acero inoxidable 303 7.92

Acero inoxidable 316 8.04

Hastelloy B 9.24

Hastelloy C 8.94

Plomo 11.38

Tantalio 16.60

Teflón 2.20

Titanio 4.50

Tipos de flotadores:Tipos de flotadores:

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

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

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

TIPOS Y MATERIALES DE LOS FLOTADORES

wd cC 1

ECUACIONES DEL ROTAMETROECUACIONES DEL ROTAMETRO

El valor de Cd en función al # de Reynolds del flotador. El valor de Cd en función al # de Reynolds del flotador.

cf

fccd A

gVACvAQ

)(2

FLUXOMETRO DE TURBINAFLUXOMETRO DE TURBINA

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

OTROS MEDIDORES DE AREA VARIABLE

FLUXOMETRO DE VORTICEFLUXOMETRO DE VORTICEUna obstrucción chata colocada en la corriente del flujo provoca la Una obstrucción chata colocada en la corriente del flujo provoca la

creación de vortices a una frecuencia que es proporcional a la creación de vortices a una frecuencia que es proporcional a la velocidad del flujo. Un sensor en el fluxometro detecta los vortices y velocidad del flujo. Un sensor en el fluxometro detecta los vortices y genera una indicación en la lectura del dispositivo medidor.genera una indicación en la lectura del dispositivo medidor.

La frecuencia de los vortices 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 FLUXOMETRO ELECTROMAGNÉTICOELECTROMAGNÉTICO

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

FLUXOMETRO DE FLUXOMETRO DE ULTRASONIDOULTRASONIDO

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 VELOCIDADSONDAS DE VELOCIDAD

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

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

/)1(2

/)(2

2

11

yysgv

ppgv s

ANEMOMETROS DE COPAANEMOMETROS DE COPA ‘‘Es el instrumento clásico usado para medir el viento. Los valores de 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’. 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 Tiene un eje vertical y tres copas o cazoletas que capturan el viento. El n° de revoluciones por segundo son registradas viento. El n° de revoluciones por segundo son registradas electrónicamente. electrónicamente.

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

ANEMOMETRO DE ALAMBRE CALIENTEANEMOMETRO DE ALAMBRE CALIENTEmide la velocidad del fluido detectando los cambios en la transferencia mide la velocidad del fluido detectando los cambios en la transferencia

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

MEDIDORES DE FLUJO MASICOMEDIDORES DE FLUJO MASICO

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

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

PRINCIPIOS GENERALESPRINCIPIOS 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 INFERENCIALMEDIDORES 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 densitometro. 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 APARATOS PARA MEDICIONES DE CAUDAL MÁSICODE CAUDAL MÁSICO

Medidores térmicosMedidores térmicos Un método de determinación del Un método de determinación del

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

Caudalímetro de CoriolisCaudalímetro de Coriolis Con la configuración del equipo indicado, Con la configuración del equipo indicado,

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

VENTAJAS DEL CAUDALÍMETROVENTAJAS DEL CAUDALÍMETRO

• Bajo nivel de incertidumbre en la medición de Bajo nivel de incertidumbre en la medición de masamasa

• La medición es altamente independiente de la La medición es altamente independiente de la temperatura, densidad o presión del fluido, sólo temperatura, densidad o presión del fluido, sólo depende de la masadepende de la masa

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

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

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

en forma periódica.en forma periódica.• Es mayor en tamaño que otros caudalímetrosEs mayor en tamaño que otros caudalímetros

Medidores de masa digitalesMedidores de masa digitales

Anemómetro de cucharas PCE-A420Anemómetro de cucharas PCE-A420

Anemómetro PCE-AM81Anemómetro PCE-AM81

Caudalímetro másico Coriolis Caudalímetro másico Coriolis PromassPromass 83 83

AnemometrosAnemometros de rueda de rueda aladaalada serie LCA serie LCA (la rueda alada está integrada en el (la rueda alada está integrada en el medidor) medidor)

Anemómetros de tubo de Anemómetros de tubo de PitotPitot-PVM-100-PVM-100  (tubo de Pitot, para altas velocidades   (tubo de Pitot, para altas velocidades de circulación) de circulación)

COMPARATIVA DE LOS DISTINTOS SENSORES DE FLUJOCOMPARATIVA DE LOS DISTINTOS SENSORES DE FLUJO

Sensor de flujoSensor de flujo Líquidos recomendadosLíquidos recomendadosPérdida de Pérdida de

presiónpresiónExactitud típica Exactitud típica

en %en %Medidas y Medidas y diámetrosdiámetros

Efecto Efecto viscosoviscoso

Coste RelativoCoste Relativo

OrificioOrificioLíquidos sucios y limpios; Líquidos sucios y limpios; algunos líquidos viscososalgunos líquidos viscosos

MedioMedio±2 a ±4 of full ±2 a ±4 of full

scalescale10 a 3010 a 30 AltoAlto BajoBajo

Tubo VenturiTubo VenturiLíquidos viscosos, sucios Líquidos viscosos, sucios

y limpiosy limpiosBajoBajo ±1±1 5 a 205 a 20 AltoAlto MedioMedio

Tubo PitotTubo Pitot Líquidos limpiosLíquidos limpios Muy bajoMuy bajo ±3 a ±5±3 a ±5 20 a 3020 a 30 BajoBajo BajoBajo

TurbinaTurbinaLíquidos limpios y Líquidos limpios y

viscososviscososAltoAlto ±0.25±0.25 5 a 105 a 10 AltoAlto AltoAlto

Electromagnet.Electromagnet.Líquidos sucios y limpios; Líquidos sucios y limpios;

líquidos viscosos y líquidos viscosos y conductoresconductores

NoNo ±0.5±0.5 55 NoNo AltoAlto

Ultrasonic. (Doppler)Ultrasonic. (Doppler)Líquidos sucios y líquidos Líquidos sucios y líquidos

viscososviscososNoNo ±5±5 5 a 305 a 30 NoNo AltoAlto

Ultrasonic. (Time-of-Ultrasonic. (Time-of-travel)travel)

Líquidos limpios y líquidos Líquidos limpios y líquidos viscososviscosos

NoNo ±1 a ±5±1 a ±5 5 a 305 a 30 NoNo AltoAlto

APLICACIONES DE ALGUNOS MEDIDORES DE FLUJO

CONCLUSIONES CONCLUSIONES

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

Los medidores de flujo nos ayudan a Los medidores de flujo nos ayudan a

controlar y mantener especificaciones de controlar y mantener especificaciones de operación en un proceso operación en un proceso