medidores de velocidad en tuberias tema para la materia flujo de fluidos.

1. Instrumentación de medida de
velocidades en tuberías
UNIVERSIDAD AUTONOMA DEL CARMEN
FACULTAD DE QUIMICA “DACQYP”
CARRERA: INGENIERIA PETROLERA
MATERIA:FLUJO DE FLUIDOS
ENRIQUE FUENTES CARREÓN

2. Introducción
Los fluidos están presentes en todos lados, ya sea desde
nuestro hogar cuando nos lavamos las manos en un
fregadero hasta en distintos procesos industriales como la
extracción de hidrocarburos de un yacimiento.
En cualquier lugar que este un fluido, es importante
medirlo… en este caso de estudio será la medición de la
velocidad de fluidos en las tuberías.

3. INSTRUMENTACION DE MEDIDA DE
VELOCIDADES
 Los instrumentos de medida de velocidades son
desarrollados para medir la velocidad de un fluido en un
punto, en módulo, en dirección o ambas cosas a la vez.

4. TEORÍA DEL TUBO DE PRANDTL
 Fue idea de prandtl combinar en un
solo intrumento un tubo de pitot y un
tubo piezometrico.
 Tubo de pitot : mide la presión total
 Tubo piezometrico: mide la presión
estática
 Tubo de prandtl: mide la diferencia de
los dos, que es la presión dinámica. Es
muy usado en los laboratorios con
líquidos y gases.

5. TEORÍA DEL TUBO DE PRANDTL
 El tubo de Prandtl, al igual que el tubo de Pitot,
al ser introducido en el fluido produce una
perturbación, que se traduce en la formación
en 1 de un punto de estancamiento, de
manera que:
P1=Pt v1=0

6.  En el punto O la corriente no perturbada tiene la presión
Po y la velocidad vo, que es la velocidad que queremos
medir.
 El punto 1 se elige a la entrada del tubo de Pitot y el
punto 2, donde se indica en la figura. En el punto 2 lo
que hay en realidad es un tubo piezométrico con
diversas entradas laterales que no perturban la corriente
y que miden por lo tanto la presión estática.
 Despreciando en primera aproximación las diferencias
de alturas de velocidad y geodésicas entre los puntos O
y 2 que suelen ser muy pequeñas por ser el tubo muy
fino y estar la corriente en 2 prácticamente normalizada
después de la perturbación en 1, se tendrá,
despreciando también las pérdidas:
 v2=vot P2=Po vot velocidad teórica en la sección
O

7.  Ecuacion de Bernoulli entre 0 y 1 (zo = z1 ,v1=0. - O-punto de
estancamiento):
푝표 + 휌
푣2표푡
2
= 푝1
푝1 − 푝2 = 휌
푣2표푡
2
Ecuacion fundamental de la hidrostatica
푝1 = 푝2 + 휌푔푎 + 휌푚 푔푙 − 휌푔푎
Deduccion
휌
푣2표푡
2
= 휌푚 − 휌 푔 푙 presión dinámica teóric, tubo de prandtl

8. Despejando
푣표푡 =
2푔 휌푚 − 휌
휌
푙
En el caso particular de que la medición de la velocidad se haga en el agua:
푣표푡 = 2푔 훿 − 1 푙
훿 densidad relativa del liquido manométrico
Velocidad real
푣표 = 퐶푣
2푔 휌푚 − 휌
휌
푙
퐶푣 = 1

9. a) cabeza semiesférica, tubo en gancho (construcción del mismo Prandtl);
b)cabeza semiesférica, codo suave (Laboratorios de Gottingen y A.S.M.E.,
de Norteamérica)
c)cabeza cónica (Nat. Phys., Lab., de Inglaterra);

10. d)cabeza helipsoidal (Nat. Phys. Lab., de Inglaterra); con esta
construcción se evitan los desprendimientos de la corriente;
e)forma aerodinámica para reducir al mínimo las fuerzas
perturbadoras de la configuración del flujo.
f)forma interior muy elaborada y sensible al cambio de dirección.

11. Anemómetro
Griego: Anemos, viento; metron, medida. Instrumento utilizado
para medir la velocidad y la dirección del viento.
Anemómetro de eje
vertical
Anemómetro de eje horizontal

12. Anemómetro
Anemómetro de eje vertical
Muy usado en meteorología, es un instrumento con
4 casquetes esféricos dispuestos a los extremos de
una cruceta, que puede girar libremente, de
manera que las caras cóncavas en el mismo brazo
miren en direcciones opuestas. La velocidad del
viento es aproximadamente proporcional al
numero de revoluciones de la cruceta.
Anemómetro de eje horizontal
Es una turbina hélice accionada por el viento
que puede girar libremente en el interior de una
caja cilíndrica. Mide la velocidad por el numero
de revoluciones.
El número de vueltas puede ser leído directamente en un contador o registrado sobre una banda de papel (anemograma),
en cuyo caso el aparato se denomina anemógrafo. Aunque también los hay de tipo electrónicos.

13. Aplicaciones:
Agricultura: verificación de las condiciones para regar por aspersión los cultivos o
quemar rastrojos.
Aviación: vuelo en globo, planeador, ala delta, ultraligero, paracaídas, parapente.
Ingeniería civil: seguridad de la obra, condiciones de trabajo, operación segura de
grúas, medición del esfuerzo del viento.

14. Molinete hidráulico.

15.  Los molinetes sirven para medir la velocidad en los líquidos.
 El molinete consiste en un hélice de 6 a 12 cm de diámetro, que
arrastra por intermedio de un tornillo sin fin una rueda dentada
provista de un contacto eléctrico.
 El contacto cierra el circuito de un timbre o de un registrador de
banda de papel cada 10, 20, 50, ó 100 revoluciones de la hélice.
 La velocidad del fluido es directamente proporcional al numero
de revoluciones de la hélice e inversamente proporcional al
tiempo transcurrido entre dos timbrazos consecutivos.
 El molinete provisto de cursor y tornillo de fijasion, se instala en un
bastago vertical a la altura del punto donde se quiere medir la
velocidad.

16. Anemómetro de hilo caliente.
 Es un instrumento de gran precisión y de uso muy
delicado, muy utilizado en los laboratorios de
aerodinámica y de mecánica de fluidos, sobre todo en
gases.
 El instrumento tiene la ventaja de su pequeño tamaño,
que permite medir velocidades prácticamente
puntuales o muy cercanas al contorno en que se mueve
el fluido.

17. Diagrama del anemómetro de
resistencia constante.
Conductor Electrodos
Ramas del puente de
Wheatstone.
Potenciómetro
• En este diagrama el
conductor 1 se conecta en
una de las ramas.
• El puente se equilibra para
un cierto valor de la
velocidad.
• Al variar la velocidad del
fluido el puente se
desequilibra (el voltímetro V
deja de marcar cero)
porque varia la resistencia
de 1. Amperímetro

18. Funcionamiento
• 1.-EL conductor 1 se introduce en la
corriente de fluido, y se calienta
mediante una resistencia eléctrica.
• 2.- La corriente de fluido que baña el
conductor la calienta y su resistencia
eléctrica varia.
• Esta variación una vez tarado el
instrumento perite medir la velocidad
del fluido, de la cual es función la
variación de la resistencia.
• La variación de la resistencia permite
medir la variación de la velocidad.

19. El Sifón
Un sifón es un dispositivo hidráulico que se utiliza
para trasvasar un líquido de un recipiente a otro.
Consiste simplemente en un tubo en forma de U
invertida, en la que una de las ramas es más
larga que la otra.

20.  En el sifón la presión alcanza su valor mínimo en el punto mas
elevado.
 Si el sifón es de acción transversal constante 푣2= 푣 será la velocidad
del agua en todo el sifón.
푣2 = 2푔 퐻 − 푍2
 el caudal desaguado por el sifón es igual a esa velocidad
multiplicada por el área de salida.
 Cuanto mas grande sea 퐻 − 푍2mayor será la velocidad.

21. ejemplo

22. EL EYECTOR

23. El eyector acelera (o decelera una corriente de un fluido produciendo una depresión (o compresión). El fluido puede ser agua, vapor de agua, aire, o
cualquier otro gas.
---Inyector.- Se llama inyector si se utiliza para producir una compresión, es un dispositivo utilizado para bombear fluidos utilizando el efecto
Venturi
푝1
휌푔
+
푣1²
2푔
=
푝2
휌푔
+
푣2²
2푔
푝2
휌푔
=
푝1
휌푔
−
푣2²−푣1²
2푔
El efecto Venturi se explica por el Principio de Bernoulli y el principio de continuidad de masa. Si el caudal de un fluido es constante pero la sección
disminuye, necesariamente la velocidad aumenta tras atravesar esta sección. Por el teorema de la conservación de la energía mecánica, si la energía
cinética aumenta, la energía determinada por el valor de la presión disminuye forzosamente.

24. El inyector utiliza un fluido a alta presión que sale por una boquilla a alta velocidad y baja presión convirtiendo su
energía potencial en energía cinética. En esta zona de baja presión se mezcla con el fluido que se quiere bombear y
le imparte energía cinética (velocidad). A continuación ambos fluidos mezclados entran por otra boquilla donde la
energía cinética vuelve a convertirse en potencial, disminuyendo la velocidad y aumentando la presión. El fluido
bombeado puede ser o líquido o gaseoso y, en algunos casos puede llevar sólidos en suspensión. En todos los casos
el fluido propulsor y el bombeado salen totalmente mezclados a la salida del inyector. Una de las aplicaciones más
frecuentes del inyector es en la Inyección de combustible en los motores termodinámicos.

25. ---Eyector.- si se va a producir una depresión o vacío. Este vacío puede utilizarse, por ejemplo, para
elevar otro fluido igual o distinto que se mezcla con el que produce el vacío.
La boquilla principal es del tipo convergente-divergente y conduce al fluido motor, llamado principal o
primario, que entra con presión y temperatura elevadas. El fluido succionado, llamado secundario, ingresa
al eyector a presión y temperatura bajas y es conducido a la sección de mezcla. Mediante un proceso de
intercambio de cantidad de movimiento entre ambos fluidos resulta un mezclado completo, el cual se
recomprime y descarga a presión y temperatura intermedias.

26. Aplicando la ley de continuidad
푣2 =
4푄
휋푑²
푣1 =
4푄
휋퐷²
Donde Q, caudal de aire que pasa por la tubería D y, por tanto:
푣1²
2푔
=
8푄²
푔 휋² 푑⁴
푣2
2푔
=
8푄²
푔 휋² 퐷⁴
Levando estos valores a la ecuación inicial:
푝2
휌푔
=
푝1
휌푔
−
8푄2
푔 휋2
퐷4 − 푑⁴
퐷4 ∗ 푑⁴

27. El chorro de fluido a alta velocidad (presión estática baja) produce el arrastre de otro
fluido, al entrar en contacto con él, produciendo la mezcla de los fluidos. Un eyector
consta de tres partes: una boquilla, una cámara de succión y un difusor. La boquilla
permite la expansión del fluido motriz a una velocidad más alta. Este chorro a alta
velocidad entra en contacto con el gas a ser comprimido (P1) en la cámara de succión.
La compresión del gas se produce a medida que la energía por velocidad se convierte
en presión al desacelerar la mezcla a través del difusor, P2.

29. Conclusión.
Es importante conocer y medir las propiedades y
parámetros de los fluidos, ya que con una buena medición
podemos tener un control del flujo de fluidos a través de las
tuberías. existe una gran variedad de medidores, tanto
desde el punto de vista de tamaños y rangos de operación
como de principios de funcionamiento. Esto es debido a
que se intenta conseguir la máxima precisión para la
mayor cantidad de aplicaciones.

30. Bibliografia
Mataix C. (1986), Mecánica de fluidos y maquinas hidráulicas, segunda edición, pp. 127-138.
Juarez villa Maria Abraham. “anemómetro”,(instrumentos de medida).(cita:08/10/14).direccion web:
http://www.oni.escuelas.edu.ar/2008/CORDOBA/1324/trabajo/anemometro.html.
Ludwig, E. 1999. Applied Process Design for Chemical and Petrochemical Plants, Volume 1.
Gulf Publishing Co.
Exxon-Mobil. 1996. Design Practices. Compressors, Ejectors, Exxon Research and
Engineering Company.
Unam. “el eyector”. (cita:08/10/14).
http://www.ptolomeo.unam.mx:8080/xmlui/bitstream/handle/132.248.52.100/585/A5.pdf?sequence=5
Wikipedia. “inyector”,(cita:08/10/14). http://es.wikipedia.org/wiki/Inyector
“El sifón hidráulico”.(cita:08/10/14).
http://recursostic.educacion.es/secundaria/edad/4esotecnologia/quincena9/4q9_sabermas_1ab1.ht
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