Instrumentacion Instrumentos de Caudal o Flujo ITS Zapopan

1. M. en C. Teth Azrael Cortés Aguilar

2. Instrumentos de caudal
En dinámica de fluidos, caudal es la cantidad de fluido que pasa por
determinado elemento en la unidad de tiempo. Normalmente se
identifica con el flujo volumétrico o volumen que pasa por una área
dada en la unidad de tiempo. Menos frecuentemente, se identifica con
el flujo másico o masa que pasa por una área dada en la unidad de
tiempo.

3. Medidores
volumétricos
Presión
Diferencial
Área variable,
Rotámetro
Velocidad
Fuerza, Placa de
impacto
Tensión inducida
Desplazamiento
positivo
Torbellino
Oscilante
Medidores de
caudal masa
Compensadores
volumétricos
Térmicos
Momento
Fuerza de
Coriolis
Desplazamiento
positivo
Disco giratorio
Pistón oscilante
Pistón
alternativo
Medidor
Rotativo
Medidor de
paredes
deformables
Presión
Diferencial
Placa orificio
tobera
Tubo venturi
Tubo Pitot
Tubo Annubar
Velocidad
Vertedero con
flotador de
canal abierto
Turbina
Sondas
ultrasónicas

4. Teorema de Bernoulli

5. Placa orificio
Consiste en una placa perforada instalada en la tubería. Dos tomas conectadas en la
parte anterior y posterior de la placa, captan está presión diferencial la cual es
proporcional al cuadrado del caudal.

6. Tubo Venturi
Permite la medición de caudales 60% superiores a
los de placa orificio en las mismas condiciones de
servicio con una perdida de carga del 10% al 20%
de la presión diferencial. Posee gran precisión y
permite el paso de fluidos con sólidos abrasivos.

7. Tubo Pitot
The averaging pitot tube
El tubo pitot mide la diferencia entre la presión total y la presión estática, o
sea la presión dinamica , la cual es proporcional al cuadrado de la velocidad

8. Tubo Annubar
Es una innovación del tubo Pitot y consta de dos
tubos , el de la presión total y el de la presión estática.
El tubo que mide la presión total está situado a lo
largo de un diámetro transversal de la tubería y
consta de varios orificios de posición critica
determinada por una computadora que cubren cada
uno la presión total en un anillo de área transversal de
la tubería. El tubo Annubar es de mayor precisión que
el tubo Pitot, tiene una baja perdida de carga y se
emplea en la medida de pequeños o grandes caudales
de líquidos o gases.

9. Rotámetro
Los rotámetros son medidores de caudal de
área variable de los cuales un flotador
cambia su posición dentro de un tubo,
proporcionalmente al flujo del fluido . Los
flotadores pueden tener varios perfiles de
construcción: Esférico, cilíndrico de borde
plano, cilíndrico de borde saliente, etc.
Los rotámetros son ideales para medidas de
pequeño caudal aprox. 3.5 m3/min.

10. Turbina
Los medidores de turbina consisten en un rotor que gira al paso del fluido
con una velocidad directamente proporcional al caudal. La velocidad del
fluido ejerce una fuerza de arrastre en el rotor; la diferencia de presión
debida al cambio de área entre el rotor y el cono posterior ejerce una fuerza
igual y opuesta , de modo que el rotor está equilibrado hidrodinámicamente.
Son instrumentos de una precisión elevada cuando se colocan en una tubería
recta y es adecuado para líquidos limpios y filtrados. Pueden fallar en
excesos de caudal.

11. Vertedero
Se usa para la medición de caudal en canales abiertos.
Utilizan diferentes formas de vertedero para provocar
una diferencia de altura del liquido del canal entre la
zona anterior y el punto mas bajo.
La diferencia de alturas se mide en un punto aguas arriba
lo suficientemente alejado como para no verse influido
por la curva de bajada de la superficie del agua. Se utiliza
un flotador como elemento de medida para la altura.
Q es caudal en m3/seg.
K es una constante según el
tipo de vertedero
l es la anchura de la garganta
H es la diferencia de alturas
n depende del tipo de vertedero

12. Transductores Ultrasónicos
Miden el caudal por diferencia de velocidades del sonido
al propagarse éste en el sentido del flujo del fluido y en
el sentido contrario. Los sensores están situados en una
Tubería de la que se conocen el área y el perfil de
velocidades. Otras técnicas son la desviación del haz
emitido por el transmisor perpendicularmente a la
tubería(fluidos limpios), y el efecto Doppler que mide el
corrimiento de frecuencia que experimenta la señal
(fluidos con solidos). Son sensibles a los cambios de
densidad del liquido y son afectados por burbujas de aire
o gas.

13. Medidor de Fuerza
Consiste un una placa instalada directamente en el centro de la tubería y
sometida al empuje del fluido. Donde la fuerza originada es proporcional a
la energía cinética del fluido y depende del área anular entre las paredes de
la tubería y la placa.
La placa esta conectada a un transmisor neumático o bien a un transductor
eléctrico de galgas extensométricas.
El caudal es proporcional a la raíz cuadrada de la fuerza de imparto del
fluido sobre la placa. Permite medir caudales pequeños y grandes, con una
precisión del 1%.

14. Medidor Magnético
La ley de Faraday establece que la tensión inducida a través de
cualquier conductor, al moverse éste perpendicularmente a
través de un campo magnético, es proporcional a la velocidad del
conductor.
En el medidor de caudal el conductor es el líquido y la señal
generada es captada por dos electrodos rasantes con la superficie
interior del tubo y diametral mente opuestos. La única zona del
líquido en movimiento que contribuye a la f.e.m. es la que une
en línea recta a los dos electrodos. Son instrumentos adecuados
para medir fluidos corrosivos conductivos

15. Medidor Oval
Disponen de dos ruedas ovales que engranan entre sí y
tienen un movimiento de giro debido a la presión
diferencial creada por el líquido. La acción del líquido
va actuando alternativamente sobre cada una de las
ruedas dando lugar a un giro suave de un par casi
constante.

16. Medidor birrotor
Consiste en dos rotores sin contacto mecánico
entre sí que giran como únicos elementos móviles
en la cámara de medida . Son instrumento
reversibles, admiten elevaciones de velocidades
esporádicas sin dañar el instrumento. Se usan en la
medición de productos del petróleo. Su precisión
es del 0.2% con una perdida de carga de 1 a 5 psi.

17. Medidor cicliodal
Contienen dos lóbulos del tipo Root engranados entre sí que giran en
direcciones opuestas manteniendo una posición relativa fija y desplazando un
volumen fijo de fluido o gas en cada revolución.
Disminuye su precisión en caudales bajos debido a la coneción de los lóbulos.

18. Medidor Disco Oscilante
Cuando pasa el fluido a través de la
cámara , el disco toma un movimiento
de efecto giroscópico , de manera que
la circunferencia del disco sube y baja
alternativamente, el balanceo se
transmite a un tren de engranajes para
su interpretación. Se utiliza en
pequeños caudales.

19. Medidor de Coriolis
Teorema de Coriolis: Un objeto de masa m que se desplaza con una velocidad
lineal V a través de una superficie giratoria que gira con una velocidad angular
constante w, experimenta una velocidad tangencial tanto mayor cuanto mayor
sea su alejamiento del centro .
En el medidor de coriolis, sensores magnéticos de posición traducen el
movimiento que aplica la fuerza de coriolis al ducto, en masa y velocidad del
fluido.

20. Medidor Térmico
Se basan en dos principios físicos : 1) la elevación de temperatura del fluido en su
paso por un cuerpo caliente y 2) la pérdida de calor experimentada por un cuerpo
caliente inmerso en el fluido. El medidor consta de una fuente de calor constante y
a puntos equidistantes se encuentran dos sondas para medir temperatura. Cuando
el fluido esta en reposo, la temperatura es idéntica en las dos sondas. Cuando el
fluido circula, transporta una cantidad de calor hacia el segundo sensor y se
presenta una diferencia de temperatura que va en
Aumento proporcionalmente entre las dos sondas
a medida que aumenta el caudal.
Ce es el calor especifico
m es la masa
t2-t1 es la diferencia de temperatura