Medicion de Fluido

MEDICIÓN DE FLUIDOS
REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACIÓN
SUPERIOR
INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO “SANTIAGO
MARIÑO”
S.A.I.A. INSTRUMENTACION
INGENIERÍA CIVIL
Realizado por:
Viloria; Francis, 23.742.352 Carrera: 42
González; Diower, 18.005.509 Carrera: 49
Cedeo; Emilio, 14.136.211 Carrera: 42
Maracaibo; Agosto 2016

FLUJO DE FLUIDOS
 Movimiento o circulación de un fluido
sin alterar sus propiedades físicas o
químicas.
 Ocurre bajo la acción de fuerzas
externas.
 Encuentra resistencia al movimiento, debido
a una resistencia interna propia del fluido
(viscosidad) “fuerzas viscosas” o de la acción
del exterior sobre le fluido (rozamiento)
“fuerzas de rozamiento”.
Tipos de flujo
-Flujo interno: en el interior de conducciones
- Flujo externo: alrededor de cuerpos sólidos
(sedimentación, filtración...)

TUBERÍA
 son un sistema formado por tubos, que
pueden ser de diferentes materiales.
Que cumplen la función de permitir el
transporte de líquidos, gases o sólidos en
suspensión.
PLACA DE ORIFICIO
Consiste en una placa perforada que se instala en la
tubería, el orificio que posee es una abertura cilíndrica
o prismática a través de la cual fluye el fluido.
El orificio es normalizado, la característica de este
borde es que el chorroque éste genera no toca en su
salida de nuevo la pared del orificio.
El caudal se puede determinar por medio de las
lecturas de presión diferenciales.

TUBO VENTURI
 Los instrumentos
utilizados para medir la
velocidad de un fluido
incompresible se llaman
tubos de Venturi, su
principio es muy sencillo.
Se trata de un tubo de
diferentes diámetros a
través del cual se hace fluir
el líquido.
Generalmente los tubos
de Venturi son construidos
en hierro fundido u otro
material resistente a la
corrosión, como por
ejemplo acero inoxidable.

TOBERA
 Consiste en una entrada de forma cónica y
restringida mientras que la salida es una
expansión abrupta.
En este caso la toma de alta presión se
ubica en la tubería a 1 diámetro de la entrada
aguas arriba y la toma de baja presión se
ubica en la tubería al final de la garganta.
 Este tipo de sensor de flujo permite flujos
hasta 60% superiores a los de la placa orificio,
siendo la caída de presión del orden del 30 a
80% de la presión diferencial medida. Estos
instrumentos se utilizan en aplicaciones
donde el fluido trae consigo sólidos en
suspensión, aunque si estos son abrasivos
pueden afectar la precisión del instrumento.

SENDAS, LINEAS DE TRAYECTORIAY
LINEAS DE CORRIENTE
Representación de los fluidos en movimiento
Visualización del campo de flujo
Los campos de flujo y sus representaciones son la forma de describir un fluido en
movimiento. Es una región del flujo de interés donde se refiere a una cantidad que
se define en función de la posición y el tiempo, en una región determinada.
Líneas de corriente
Una línea de corriente es una línea que se dibuja tangente al vector velocidad en
cada uno de los puntos en un campo de flujo.
La línea de trayectoria es la curva marcada
por el recorrido de una partícula de fluido
determinada a medida que se mueve a
través del campo de flujo. Cada partícula de
fluido viaja a lo largo de su propia línea de
trayectoria.

SENDAS, LINEAS DE TRAYECTORIAY
LINEAS DE CORRIENTE
Tubos de corriente
Es el tubo formado por todas las líneas de corriente que pasan a través de una
pequeña curva cerrada. Durante flujo a régimen estacionario está fijo en el espacio
y no puede haber flujo a través de paredes, porque el vector de velocidad no
tiene componente normal a la superficie del tubo.
De la definición de línea de corriente es evidente que no existe paso de flujo a
través de la superficie lateral del tubo de corriente; un tubo de corriente se
comporta como un conducto de paredes impermeables y espesor nulo, de sección
recta infinitesimal.
En un flujo estacionario las
líneas de trayectoria las
sendas y las líneas de
corriente coinciden

FLUJO
SSuelen comportarse de esta manera los fluidos puros y las disoluciones
acuosas
Fluidos newtonianos
Aquellos en que el gradiente de velocidades es proporcional a la fuerza
aplicada ( ) para mantener dicha distribución. La constante de
proporcionalidad es la viscosidad ( ).
dVx
 = - 
dz
Ley de Newton

FLUJO
dVx
 = - 
dz
Ley de Newton
flujo
dVx
T = .A = -  A
dz
Caudal (N)(N/m2)
Viscosidad cinemática o
difusividad de
cantidad de movimiento

 =

(m2/s)
d (Vx) d (Vx)
T = -A = -
dz dz/ A
Fluidos newtonianos

FLUJO
 La velocidad a la que circula un fluido altera las interacciones
entre las partículas.
 No se comportan de acuerdo a la ley de newton. El gradiente
de velocidades no es proporcional a la tensión rasante.
 No puede hablarse de una viscosidad única y propia del
fluido, sino que depende del régimen de velocidades:
viscosidad aparente (a)
Fluidos no newtonianos
Fluidos de naturaleza compleja como los líquidos de elevado
peso molecular, mezclas de líquidos, suspensiones, emulsiones.

FLUJO
Fluidos no newtonianos
 Fluidos pseudoplásticos: adisminuye al
aumentar el gradiente de velocidad.
 Fluidos dilatantes: aaumenta con el gradiente
de velocidad.
dVx
 = - a
dz

RÉGIMEN DE CIRCULACIÓN DE UN FLUIDO
Régimen laminar:
 Bajas velocidades de fluido
 Transporte molecular ordenado: partículas desplazándose en
trayectorias paralelas.
 Régimen de transición.
 Régimen turbulento:
 Altas velocidades de fluido
 Transporte molecular turbulento: partículas y porciones
macroscópicas del fluido se entremezclan al azar desplazándose
en todas direcciones.
Dependencia
Velocidad del fluido
Propiedades del fluido
Presencia de cuerpos sólidos

CLASIFICACIÓN DEL FLUIDO
Fluido ideal
Es aquel flujo incompresible y carente de fricción. La hipótesis de un flujo
ideal es de gran utilidad al analizar problemas que tengan grandes gastos
de fluido, como en el movimiento de un aeroplano o de un submarino.
fluido real
los efectos
de la viscosidad se introducen en el problema. Esto da lugar al desarrollo de
esfuerzos cortantes entre partículas del fluido vecinas cuando están
moviéndose a velocidades distintas.

La viscosidad introduce resistencias al movimiento, al causar, entre las
partículas del fluido y entre éstas y las paredes limítrofes, fuerzas de corte o de
fricción que se oponen al movimiento; para que el flujo tenga lugar, debe
realizarse trabajo contra estas fuerzas resistentes, y durante el proceso parte de la
energía se convierte en calor.
Flujo estacionario
cuando todas las propiedades del flujo en cada punto se mantienen constantes con
respecto al tiempo
flujo no estacionario
Las propiedades de flujo en un punto cambian con el tiempo.

FLUIDO UNIFORME
Flujo Uniforme Y Flujo Variado
Es considerado como un espacio de criterio.
Es el flujo en canales abiertos es uniforme si las características del flujo es la
misma en cada sección del canal. Un flujo uniforme puede ser estacionario o
no estacionario, según cambie o no las características del fluido con
respecto al tiempo.
El flujo uniforme estacionario es el tipo de flujo fundamental que se considera en
la hidráulica de canales abiertos. La características del flujo no cambia durante el
intervalo de tiempo bajo consideración.
El establecimiento de un flujo uniforme no estacionario requeriría que la superficie
del agua fluctuara de un tiempo a otro pero permaneciendo paralela al fondo del
canal.
El flujo es variado si la las características del flujo cambia a lo largo del
canal. El flujo variado puede ser estacionario o no estacionario es poco
frecuente, el termino “Flujo no estacionario”.

Los efectos de la compresibilidad son muy
importantes en el diseño de los cohetes y
aviones, en las plantas generadoras, los
ventiladores y compresores.
Flujo Compresible
los gases se deben tener en cuenta los efectos de la compresibilidad del
gas.
Uno de los principios básicos del flujo compresible es que la densidad
de un gas cambia cuando éste se ve sometido a grandes cambios de
velocidad y presión. Al mismo tiempo, su temperatura también cambia.
El comportamiento de flujo de un gas compresible depende de si la
velocidad de flujo es mayor o menor que la velocidad del sonido.

Flujos Incompresibles
En los cuales las variaciones de densidad son pequeñas y relativamente poco
importantes.
Si se consideran los dos estados de la materia incluidos en la definición de fluido,
líquido y gas, se podría caer en el error de generalizar diciendo que todos los
flujos líquidos son flujos incompresibles y que todos los flujos de gases son flujos
compresibles.
La primera parte de esta generalización es correcta para la mayor parte de los
casos prácticos, es decir, casi todos los flujos líquidos son esencialmente
incompresibles. Por otra parte, los flujos de gases se pueden también considerar
como incompresibles si las velocidades son pequeñas respecto a la velocidad del
sonido en el fluido.
los flujos de gases se pueden aproximar
como incompresibles si los cambios en la
densidad se encuentran por debajo de
alrededor de 100 m/s

FLUJO LAMINAR Y TURBULENTO
Los flujos viscosos se pueden clasificar en laminares o turbulentos
teniendo en cuenta la estructura interna del flujo.
Flujo laminar
Cuando la velocidad del flujo es baja, su desplazamiento es uniforme y terso
donde las capas de fluido parecen desplazarse unas sobre otras sin remolinos
o turbulencias, se llama luminar y obedece la ley de viscosidad de Newton.
Flujo turbulento
Cuando la velocidad es bastante alta, se observa una corriente inestable en la
que se forman remolinos o pequeños paquetes de partículas de fluido que se
mueven en todas direcciones y con gran diversidad de ángulos con respecto a
la dirección normal del flujo

Experimento de Reynolds para flujo laminar
Experimento de Reynolds para flujo turbulento

Flujo Laminar:
1.- Líneas de trayectoria lisas
2.- No hay remolinos
3.-Las capas de fluido se deslizan unas
respecto a otras
4.- Se cumple ley de Newton para viscosidad
t
V
Flujo Turbulento:
1.- Líneas de trayectoria irregulares
2.- Hay remolinos
3.- Existe intercambio de cantidad de
movimiento
4.- No se cumple ley de Newton para
viscosidad: aparecen nuevos efectos de corte
inducidos por los remolinos
t
V

Razón del flujo:
Unidades de razón de flujo volumétrico.
SI: Gases: m3/hr Líquidos: l/min.
IP Gases: ft 3 /hr Líquidos: USG/min.
Unidades de razón de flujo másico
SI: Gases: Kg/s Líquidos: Kg/min
IP: Gases: 1b/s Líquidos: 1b/min
.
UNIDADES DE MEDICIÓN DE FLUJO
Flujo total:
Unidades de volumen (V)
SI: Gases: m3 Líquidos: litros
IP: Gases: ft3 Líquidos: USG
Unidades de masa (m)
SI: Gases &Líquidos: Kg
IP: Gases & Líquidos: 1b

Medidores de flujo
Sistema Medidor
Medidores de flujo
volumétrico
Presión diferencial
Medidores conectados a tubo U o a
elementos de fuelle o diafragma
Placa Orificio
Tobera
Tubo Venturi
Tubo Pitot y Tubo Annubar
Área variable Rotámetros
Velocidad Turbina
Ultrasonido
Tensión inducida Magnético
Desplazamiento positivo Rueda oval, helicoidal
Torbellino (Vortex) Medidor de frecuencia
Fuerza Placas de impacto
Medidores de flujo másico Térmico Diferencia de temperatura en
sondas de resistencia
Coriolis Tubo en vibración

Medidores de flujo
•Los medidores de caudal por diferencia de presión ocasionan una pérdida
permanente de presión, inferior a la ocasionada por la restricción, la cual,
en caso de ser necesario, debe ser compensada para retornar a las
condiciones originales del sistema.
•Si el parámetro  es pequeño , la relación entre el diámetro del orificio o
garganta es pequeño en comparación con el diámetro de la tubería. Esto
genera mayor precisión de la lectura manométrica, pero, representa una
mayor pérdida de presión por fricción y puede producir una presión baja no
deseada en la contracción, suficiente en algunos casos para que se liberen
gases disueltos o se evapore líquido en este punto (cavitación).
•Los accesorios como codos y válvulas producen perturbaciones en el flujo
que afectan la medición, por ello se debe mantener una sección recta de
alrededor de 5a 30D.

Placa orificio
Calibración:
El parámetro  se establece entre 0.2-0.7 para tuberías entre 2” y 3”.
La pérdida permanente de presión es aproximadamente por Pperm=(1-2) P, y se
encuentra entre (0.51-0.96)% de la P causada por el orificio. Estas pérdidas
disminuyen a medida que  aumenta.
Exactitud 2-3%Vm
Requerimientos:
Espesor aprox. 1/8”. Se utiliza en
régimen turbulento Re>20000
La relación Qmax/Qmin < 3
No se deben utilizar con fluidos
abrasivos o que arrastren
partículas sólidas.

Placa orificio
Tipos de tomas:
• Tomas de Esquina: Los orificios estáticos se perforan uno corriente
arriba y otro corriente abajo de la brida haciendo que las aberturas
queden tan cerca como sea posible de la placa orificio.
• Tomas de Radio: Los orificios estáticos se localizan a un diámetro de
tubería corriente arriba y a ½ diámetro de tubería corriente abajo con
relación a la placa.
• Tomas de Tubería: Los orificios estáticos se localizan a 2½ diámetros de
tubería corriente arriba y a 8 diámetros de tubería corriente abajo con
relación a la placa.
• Tomas de Brida: Los orificios estáticos se ubican a 25.4 mm (1 in.) corriente
arriba y a 25.4 mm (1 in.) corriente abajo con relación a la placa.
• Tomas de Vena Contracta: El orifico estático corriente arriba queda entre ½
y 2 diámetros de tubería desde la placa. La toma corriente abajo se localiza en
la posición de presión mínima.

Placa orificio
Desventajas:
El coeficiente de descarga puede cambiar con el tiempo debido al desgaste y la
acumulación de suciedad.
Se puede obstruir y reducir el diámetro del orificio. Para evitar esto se utilizan orificios
excéntricos y segmentales
Ventajas:
Es económico.
El 50% de los medidores de caudal utilizados en la industria son P.O.

Tobera
Desventajas:
Es más costosa que la P.O.
Ventajas:
Con respecto a la P.O.:
Es menos propensa a la obstrucción por lo cual tiene un mayor tiempo de vida útil.
La pérdida de presión permanente es menor.
Exactitud 0.95-1.5%Vm
Requerimientos:
Muy similar P.O,
La relación Qmax/Qmin es 60% mayor que
en la P.O.
Calibración:
El parámetro  se establece entre 0.2-0.7
para tuberías entre 2” y 3”.
Como la contracción es gradual, la pérdida
permanente se encuentra entre (0.3-0.8)% de
la P causada por el instrumento.

Tubo venturi
Exactitud 0.75%Vm
Requerimientos:
No se ve afectado por partículas sólidas o burbujas.
La relación Qmax/Qmin es 60% mayor que en la P.O.
Calibración:
El parámetro  se establece entre 0.2-0.7 5 siendo el valor más común 0.5
Debido a su forma aerodinámica la pérdida permanente de presión es de alrededor
del 15% de la P causada por el instrumento.
Desventajas:
Es mucho más costosa que la P.O.
Ventajas:
La pérdida permanente de presión es mucho menor que la que ocasionan el orificio
y la tobera.

Tubo Venturi vs Placa Orificio
Comparación entre la placa orificio y el tubo Venturi:
• Una placa orificio puede sustituirse fácilmente para ajustarse a diferentes ratas
de flujo, el diámetro del Venturi es fijo entonces el rango de medición está
limitado por la caída de presión causada por el Venturi.
• La placa orificio genera una gran pérdida permanente de presión debido a la
presencia de remolinos aguas abajo del orificio, la forma del Venturi previene la
formación de remolinos lo cual reduce enormemente la pérdida permanente de
presión.
• El orificio es económico y fácil de instalar, el Venturi es costoso y debe ser
cuidadosamente diseñado. Una placa orificio se puede reemplazar fácilmente
mientras que un Venturi está diseñado para instalaciones permanentes.

Medidor de desplazamiento positivo
Exactitud 1.5%Vm
• No se utiliza para gases
• El fluido debe ser líquido limpio y debe poseer cierta viscosidad.
• Se utiliza como totalizador. En el 10% de las aplicaciones industriales
• Tiene baja fricción y es de bajo mantenimiento.
• Ocasiona una pérdida permanente de presión .

Medidores por ultrasonido
Principio de Funcionamiento
Estos medidores utilizan emisores y receptores de ultrasonido situados ya sea
dentro o fuera de la tubería, son buenos para medir líquidos altamente
contaminados o corrosivos, porque se instalan exteriormente a la tubería. Los
medidores tienen una exactitud de ±0,5% a ± 5% y una variabilidad del rango
entre 20:1 a 75:1 con escala lineal.

Medidor de ultrasonido por diferencia de tiempos.
En este caso se dispone de uno o mas pares de transmisores-receptores de
ultrasonido, colocados diametralmente opuestos, formando un ángulo (α) con el
eje de la tubería. El principio de medición se basa en medir la diferencia en el
tiempo que tarda en viajar una onda de ultrasonido aguas abajo, con respecto al
tiempo que le toma en viajar aguas arriba.
En los medidores de haz múltiple, se mide la velocidad del fluido en diversos
planos y se obtiene un promedio.
Este medidor opera con gases y líquidos, pero presenta mejor desempeño en
gases.

Medidor de ultrasonido por diferencia de tiempos (contin)
En un caso la velocidad aparente del sonido se ve aumentada por la
velocidad del fluido, mientras que en el otro se ve disminuida. Esta
diferencia en tiempos es proporcional a la velocidad del fluido, y está
determinada por la siguiente fórmula:
V = - [(D/sen α . cos α)(tab-tba)] / (2tab.tba)
Donde:
V = Velocidad del fluido.
α = Angulo de inclinación del haz de ultrasonido con
respecto al eje longitudinal de la tubería.
D = Diámetro interno de la tubería.
tab = Tiempo de viaje de la onda del punto a al b.
tba = Tiempo de viaje de la onda del punto b al punto a.

Medidor de ultrasonido por efecto Doppler.
En este caso, se proyectan ondas de ultrasonido a lo largo del fluido y se mide el
corrimiento de frecuencia que experimenta la señal de retorno al reflejarse el
sonido en partículas contenidas en el fluido. El método está limitado por la
necesidad de partículas en suspensión como burbujas o partículas sólidas en la
corriente líquida, pero permite medir algunos caudales de fluidos difíciles, tales
como mezclas gas-líquido, fangos, entre otros. Tienen las ventajas de que no
poseen partes móviles, no añaden caída de presión ni distorsionan el modelo del
fluido. Opera con gases y líquidos.

Medidores de turbina
Los medidores de turbina tienen un rotor de aspa que puede girar
libremente cuando el fluido lo empuja, entonces la velocidad de rotación
de la turbina es proporcional a la velocidad del fluido. Para determinar el
número de revoluciones de la turbina el medidor consta de un dispositivo
captador que genera un impulso eléctrico cada vez que un álabe de la
turbina pasa frente a él.
Exactitud 1%Vm
•El fluido debe ser limpio y poco abrasivo.
•Sirve para líquidos y gases.
•Variabilidad del rango 30:1
•No se utiliza para control.
•Genera una caída de presión apreciable, pero menor que la P.O.

Exactitud 0.5%Vm
• No es intrusivo.
• Se utiliza en tuberías de
diámetro grande.
• Se utiliza para fluidos
limpios, y sucios en flujo
laminar y turbulento.
• El fluido debe ser
conductor eléctrico. La
tubería debe ser de
plástico en la sección
donde se coloca el
medidor.
• Requiere de altos costos
de instalación y
mantenimiento.
Medidor magnético

Un medidor de flujo es típicamente
construido de acero inoxidable o de
Hastelloy e incluye el cuerpo de choque, un
sensor de vórtice y un transmisor
electrónico.
Exactitud: Líquidos 0.75%Vm, gases
1%Vm
•Es intrusivo
•Se debe utilizar con fluidos limpios y poco
abrasivos, en tuberías de diámetro entre 1y
6”.
•Variabilidad del rango 15:1, 25:1.
•Susceptible a vibraciones. .Operan con
bajo consumo de energía y requieren de
poco mantenimiento.
Medidor tipo vortex

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