1. “AÑO DEL FORTALECIMIENTO DE LA SOBERANÍA
NACIONAL”
UNIVERSIDAD NACIONAL ¨SAN LUIS GONZAGA¨
FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA, ELÉCTRICA Y ELECTRONICA
ESCUELAACADÉMICA: INGENIERÍA MECÁNICA ELÉCTRICA.
CURSO: INSTRUMENTACION Y MEDICIONES INDUSTRIALES
TEMA: Caudales
DOCENTE : ING. REYMUNDO CALDERON PINO
ALUMNOS: ALVA HUANCA, EDGAR ANTONY
ATUNCAR MADRID, HECTOR ADRIAN
BELLEZA MARTINEZ, RICARDO ALEXANDER
CARBAJO GARCIA, JORDAN FABIAN
CRUZ GUTIERREZ, CARLO GIORDANNO
FERNANDEZ CHAVEZ, GIOMAR ALDAIR
HUAMANI ALVARADO, VICTOR
OBREGON ANGULO, JUAN DANIEL
TAIPE HERNANDEZ, JIM ALEXIS
CICLO: VI AULA: D
ICA – PERU
2022
2. Es la cantidad de fluido que pasa por un conducto en
una unidad de tiempo
determinado. Se suele asociar con el flujo
volumétrico o volumen que pasa por un área
dada en una unidad de tiempo.
3. Es el volumen de un líquido que fluye a través de un tubo en un tiempo definido.
En hidráulica es símbolo Q es usado para denominar al caudal volumétrico, para el que
es válida la siguiente ecuación:
Q= caudal (m/s2)
V= Volumen (m3) Q=Vt
T= tiempo (s)
Ecuación de continuidad.
Si en la formula de caudal volumétrico (q=v/t) se sustituye el tiempo T por s/v (v=s/t)
y se tiene en cuenta que el volumen V puede ser reemplazado por AxS quedando
Entonces:
S=Sección seleccionada
Q=AxV
Q=caudal (m/s2)
A=area (𝑚2
)
S=sección del tubo
V=velocidad de flujo (𝑚2)
4. Y si en la formula original tenemos Q=Vt, se sustituye el volumen original, por el
volumen desplazado V se tiene V=AxS obteniéndose la ecuación siguiente! Q=AxSt
En el caudal volumétrico de un líquido que fluye por un tubo de varios diámetros es
igual en cualquier parte del tubo. Esto significa que el fluido atraviesa los segmentos
pequeños con mayor facilidad, para representar lo mencionado anteriormente se
tiene:
Q1=A1xV1 Q2=A2xV2 Q3=A3xV3 etc….
Siendo Q igual en todos los puntos de un conducto, se puede obtener la siguiente
continuidad:
A1xV1= A2xV2 = A3xV3=…..
5. PRINCIPIO DE MEDICIÓN DE CAUDAL POR
ÁREA VARIABLE.
Los medidores de área variable funcionan sobre la base de mantener
una presión diferencial constante, permitiendo aumentar el área eficaz
de flujo con el caudal. Existen varios tipos de medidores de orificio
variable, pero el más utilizado es el que está formado por un tubo
cónico de eje vertical y un flotador
ROTAME
TRO
PLACA
ORIFICIO
TUBO
VENTURI
6. MEDIDOR DE
MOMENTO ANGULAR
Se basan en el principio de conservación del momento angular de los fluidos. El
líquido
circula por una tubería de diámetro constante, en la que se encuentra un cilindro
perforado que, al girar a velocidad constante, comunica al fluido un momento
angular.
Inmediatamente después se encuentra otro cilindro idéntico al anterior cuyo
movimiento está restringido por un resorte. La medición del par producido,
mediante
el ángulo de deflexion del resorte permite calcular el caudal masa:
Z= Par
I= Momento angular
a= aceleración angular
Z = I*a
7. Existen dos modelos de medidores de este
tipo:
-El medidor axial de una turbina: consiste en un rotor radial con canales de
paso del
fluido, que gira a una velocidad constante por acoplamiento magnético con un
motor
síncrono, comunicando al fluido un momento angular. Una turbina adyacente al
rotor
impulsor elimina el momento angular del fluido y recibe un par proporcional al
mismo.
La turbina esta frenada por un resorte y su posicion angular es proporcional al
par
dando la medida del caudal de masa. (Es inexacto en caudales bajos, solo
puede medir
caudales en un solo sentido y es incapaz de medir variaciones rápidas en el
caudal)
8. -El medidor axial de doble turbina: Basado en el mismo principio de
momento angular,
contiene dos turbinas montadas en el mismo eje y enlazadas con un dispositivo de
torsión calibrado. Las palas de las turbinas son ángulos distintos y tienden a girar a
velocidades angulares distintas. Pero al estar unidas a través de un dispositivo de
torsión, se presenta un desfase entre las misma que es una funcion del par del
sistema. Cada turbina tiene un captador que da un impulso por cada vuelta. El
impulso
de la turbina anterior abre un circuito puerta y el de la posterior lo cierra. Durante el
tiempo de apertura se excita un oscilador y el numero de oscilaciones indica el
desfase angular entre las dos turbinas. El ángulo da el valor del par, el cual a su
vez es
proporcional a la medida del caudal masa.
9. Los medidores de flujo electromagnéticos son la principal elección de medidores
para registrar el volumen de flujo de líquidos conductores de electricidad en una
amplia gama de industrias, incluyendo la química, la farmacéutica y la de
tratamiento de agua y aguas residuales.
10. ¿COMO FUNCIONA?
Dos bobinas de campo están situadas entre cada medidor electromagnético ,con la
ayuda de propagadores, las bobinas generan un campo magnético constante sobre
toda la sección transversal del medidor
11. Dos electrodos que captan el voltaje están situados en un ángulo en la pared del
tubo.
El material aislante en la pared inferior evita un cortocircuito entre el liquido
conductor y el tubo metálico.
En caso de que no haya flujo, ningún voltaje inducido es medido en un primer
momento entre los dos electrodos.
12. Con frecuencia, se eligen caudalímetros magnéticos debido a que no presentan
obstrucciones y son rentables para productos químicos agresivos y lodos, además de
proporcionar una medición de caudal volumétrico de alta precisión. Una gama de
materiales de revestimiento, opciones de electrodos y tamaños de línea se adaptan a
una amplia variedad de aplicaciones de procesos.
Además, los medidores magnéticos son beneficiosos en tanto pueden medir fluidos
de manera bidireccional, y son efectivos para velocidades de caudal muy altas y muy
bajas, además de ser inmunes a cambios en las variables del proceso.
13. Principio
La ecuación de Bernoulli establece que la suma de
todas las formas de energía en un fluido que fluye
lo largo de un camino cerrado es la misma en
cualquiera de los dos puntos en ese camino (o
de corriente).
TUBO
VENTURI
Un Venturi es un sistema para acelerar el flujo del
fluido, al restringirlo en un cono con forma de
tubo. En la restricción, el fluido debe aumentar su
velocidad reduciendo su presión y produciendo un
vacío parcial. Como el fluido sale de la constricción,
su presión aumenta al nivel del ambiente o de la
tubería.
Aplicaciones:
Los Venturi son usados para medir la velocidad de un fluido, midiendo los cambios de presión de
un punto a otro a lo largo del Venturi.
Un Venturi también puede ser usado para inyectar un líquido o un gas dentro de otro líquido.
Una bomba fuerza el flujo del líquido a través de un tubo conectado a:
• Un Venturi para incrementar la velocidad del fluido (restricción del diámetro del tubo)
• Una pequeña pieza de tubería conectada a la fuente de gas
• Un segundo Venturi que disminuye la velocidad del fluido (el diámetro del tubo aumenta
nuevamente)
18. El método del flotador se utiliza cuando no se poseen equipos de
medición y para este fin se tiene que conocer el área de la sección y la
velocidad del agua. Cara medir la velocidad se utiliza un flotador con el
se mide la velocidad del agua de la superficie,pudiendo utilizarse como
flotador cualquier cuerpo pequeño que flote,como un corcho, un pedacito
de madera, una botellita lastrada.
19. Falta de un correntimetro o molinete.
Excesiva velocidad del agua, que dificulta el uso del corrent metro.
Cresencia frecuente de cuerpos extraños en el curso del agua, que
dificulta el uso del correntimetro )algas, ramas, bloques de hielo,...*.
Cuando peligra la integridad física de la persona que efecta el aforo.
Cuando peligra la integridad del correntimetro
20. Medición de caudal por el método del flotador
En este método, de igual manera, se utilizan los valores promedio de las variables determinadas.
Para adelantar los procedimientos se requieren los siguientes materiales y equipos:
• Un objeto flotante, puede ser una bola de ping-pong, una botella plástica pequeña, una
rama, un trozo de madera que flote libremente en el agua.
• Un reloj o cronómetro.
• Un decámetro o cinta medidora.
• Una regla o tabla de madera graduada.
a. Primer paso. Seleccionar el lugar adecuado.
Se selecciona en el río un tramo uniforme, sin piedras grandes, ni troncos de árboles, en el que el
agua fluya libremente, sin turbulencias, ni impedimentos
21. b. Segundo paso. Medición de la velocidad.
En el tramo seleccionado ubicar dos puntos, A (de inicio) y B (de llegada) y medir la distancia, por
ejemplo 12 metros (cualquier medida, preferiblemente, del orden de los 10 metros.
Una persona se ubica en el punto A con el flotador y otra en el punto B con el reloj o cronómetro.
Se medirá el tiempo de recorrido del flotador del punto A al punto B.
Se recomienda realizar un mínimo de 3 mediciones y calcular el promedio. Supongamos que el
promedio del tiempo de recorrido fue de 8 segundos.
La velocidad de la corriente de agua del río se calcula con base en la siguiente ecuación
Velocidad = Distancia (A-B) ÷ Tiempo de recorrido,
Para nuestro ejemplo, tendríamos:
Velocidad = 12 ÷ 8 = 1,5 m/s
22. c. Tercer paso. Medición del área de la sección transversal del río.
En el tramo seleccionado, ubicar la sección o el ancho del río que presente las condiciones
promedio y en la que se facilite la medición del área transversal.
Un método práctico, con aceptable aproximación para calcular el área transversal, es tomar la
altura promedio.
Esto consiste en dividir el ancho del río, en, por lo menos, tres partes y medir la profundidad en
cada punto para luego calcular el promedio.
Profundidad Metros
h1= 0.00m
h2 =0,22m
h3 =0,35m
h4 =0,44m
h5 =0,30m
H6=0,00m
Calculemos, ahora, la profundidad promedio, de conformidad con los valores expuestos
anteriormente
Puesto que la profundidad promedio, hm = (h1+ h2+h3+h4+h5+h6) ÷ 6, para nuestro ejemplo,
tenemos:
hm = ( 0 +0,22+0,35+0,44+0,30+0 ) ÷ 6 = 0,22m.
Una vez se ha determinado el valor promedio de la profundidad, se procede a realizar la medición
del ancho, Ar, del río. Supongamos que para nuestro ejemplo, ese valor fue de 2,4 m., de
conformidad con lo presentado anteriormente.
El área de la sección transversal AT del río se calcula con base en la siguiente ecuación :
AT = Ancho x Profundidad Promedio = hm x Ar; (Ecuación)
Para nuestro ejemplo, el área de la sección transversal es igual a:
AT = 2,4 x 0,22 = 0,53 m2.
24. d. Cuarto paso. Cálculo del Caudal del río.
Con los datos obtenidos se procede a calcular el caudal del río,
QR, con base en la siguiente
ecuación.
QR (m3/s) = Velocidad (m/s) x Área (m2)
QR (m3/s) = 1,5(m/s) x 0,53 (m2)=0,795m3/sg ó igual, QR= 795l/s
-En razón que 1 m3 es igual a
1000 litros.
25. La placa de orificio es un dispositivo que permite medir el caudal de un fluido que pasa por una
tubería. Consta de un disco con un orificio en el centro de este que se coloca perpendicular a la
tubería. Es un elemento de medición primario, pero es muy utilizado debido a su facilidad de
uso, bajo precio, poco mantenimiento y gran eficiencia.
Existen diferentes tipos
1. Placas de orificio concéntricas: En estas placas el orificio del disco se encuentra en el centro
del mismo. De aplicación universal para fluidos limpios.
2. Placas de orificio concéntricas cónicas: En este caso el orificio al igual que las placas
concéntricas se encuentra en el centro del disco, pero en este el diámetro del orificio se va
reduciendo a medida que el fluido va atravesando el disco. Es utilizados para fluidos que
tienen un alto numero de Reynolds, es decir fluidos que tienden a comportarse de forma
turbulenta.
3. Placas de orificio excéntricas: Son aquellas en las que el orificio no se encuentra en el centro
del disco sino que levemente hacia abajo. Se utiliza para tuberías de diámetro pequeño.
4. Placas de orificio concéntricas segmentadas: Aquí la diferencia con las otras placas
concéntricas es que el orificio no es un circulo sino que esta segmentado, formando un
semicírculo. Es utilizado para medición de fluidos que contienen partículas.
26. El funcionamiento de una placa de orificio se basa en el efecto Venturi. Este consiste en un fenómeno
que hace disminuir la presión de un fluido que atraviesa una tubería, y este aumenta su velocidad
debido a una disminución del diámetro de la tubería.
Por lo tanto para medir el caudal del fluido, se colocan dos tomas una antes de la placa y otra
después, que captan la presión diferencial que se genera debido al aumento de la velocidad. Luego a
través del principio de Bernoulli se llega a que la diferencia de presión es proporcional al cuadrado
del caudal.
Aplicaciones
Al ser un elemento de medición de caudal, la placa de orificio tiene miles de aplicaciones y la mayoría
son industriales.
Industrias químicas
Tratamiento y distribución del agua y gas
Aceiteras
Industrias de bebidas
Calderas
En motores para medir el caudal de combustible.
En procesos productivos donde es necesario conocer el caudal de un fluido
27. PARTES DE UNA PLACA DE ORIFICIO
Un disco solido
Un orificio en el disco por donde se hace pasar el fluido.
CARACTERISTICAS DE UNA PLACA ORIFICIO
Puede soportar temperaturas de hasta 800ºC
Puede trabajar con fluidos a presiones de hasta 400 Bar
Tiene una exactitud de un 0.5% de la medición del caudal
28. El tubo de Venturi y la placa de orificio son utilizados ambos para la medición de
caudal. Cambian solamente el funcionamiento que utilizan para lograr esta
medición. La diferencia del tubo de Venturi con la placa de orificio es que la
disminución de la sección del tubo es realizada directamente por el mismo tubo.
En otras palabras el tubo de Venturi es un tubo especial que tiene en un punto
una disminución de la sección mientras que la placa de orificio es lo que se coloca
en un tubo común para conocer el caudal del fluido que lo atraviesa.
29. Los principales factores que influyen en el caudal de un fluido en qué circula por una tubería son:
-velocidad del fluido
-rozamiento o fricción
-Viscosidad
-Densidad
La velocidad del fluido depende de la presión que el empuje
por la tubería cuando mayor sea dicha presión más alta será
la velocidad de circulación Y por consiguiente mayor resultará
el caudal volumétrico. El tamaño de la tubería también afecta
el caudal sí duplicamos por ejemplo el diámetro de la tubería
se multiplica por 4 la capacidad potencial del caudal en la
misma un fluido en una tubería se puede mover de acuerdo a
un patrón de flujo determinado dependiendo en alto grado de
su velocidad.
El rozamiento con las paredes de la tubería reduce la velocidad
del fluido considerándose por tanto un factor negativo como
consecuencia de dicho rozamiento la velocidad del fluido que
circula por la zona próxima a las paredes de la tubería es
menor que en el centro de la misma cuando más larga limpia y
menos rugosa sea una tubería menor será el efecto que influye
negativamente a la velocidad media del fluido.
30. la viscosidad refuerza el efecto del rozamiento con la tubería
reduciendo aún más la velocidad del fluido en las zonas próximas a
las paredes. la viscosidad varía con los cambios de temperatura pero
no siempre de forma predecible en caso de líquidos, la viscosidad
normalmente disminuye al aumentar la temperatura sin embargo en
determinadas fluidos puede aumentar la viscosidad cuando se supera
cierto valores de temperatura se puede afirmar que cuando mayor es
la viscosidad de un fluido menor será su velocidad siempre que
permanezcan los demás factores constantes.
La densidad influye en el caudal puesto que el fluido más denso
requiere mayor fuerza de empuje para mantener un mismo caudal de
paso el hecho así mismo de los gases sean comprensibles y los líquidos
no hace que se precisen
31. Existen diversas formas de evaluar la
cantidad de volumen o masa de un
determinado fluido que por una tubería
por unidad de tiempo de lo anterior
podemos deducir que existen dos tipos
principales de medición de caudal estas
son:
-Caudal
volumétrico
- caudal de marzo
másicos
los volumétricos a su vez se
subdividen en:
-caudal por presión diferencial
-turbinas
-medidores de desplazamiento
positivo
-rotámetros
Dentro de la medición por
presión diferencial encontramos
los elementos siguientes:
-placa de orificio
- toberas
-tubo de Venturi
- Uniwedge
- tubo de Pitot
-tubo annubar