Ic 13 clas 6 7

• En los procesos industriales en general, se realiza la medición de
los caudales de líquidos y/o de gases, y en menos casos, de
sólidos.
• Las mediciones de caudal y el control de tales caudales son
fundamentales para el correcto funcionamiento de los procesos
de acuerdo a las especificaciones de los mismos
• En muchas transacciones comerciales la venta de una dada
cantidad de producto se hace en función del caudal enviado
• Existen varios métodos para medir el caudal según sea su tipo:
– Volumétrico
– Másico
FLOWMETERS: MASS OR VOLUME?????
MEDICION DE CAUDAL
143Dr. Jaime Irahola Ferreira Instrumentación y Control de Procesos
MEDICIÓN DE CAUDAL
• El caudal es la variable de proceso básica más difícil de medir.
• Existen numerosos tipos de medidores y transmisores a saber:
– Elementos deprimógenos
– Transmisores de presión
– Másicos (Coriolis)
– Desprendimiento de vórtices (Vortex)
– Ultrasónicos
– Electromagnéticos
– Otros
MEDICION DE CAUDAL
145Dr. Jaime Irahola Ferreira Instrumentación y Control de Procesos 146Dr. Jaime Irahola Ferreira Instrumentación y Control de Procesos

Clasificación para selección de medidores de caudal
• Caudal, es una de las variables que mas frecuentemente se mide.
• Acapara el 75% de ventas anuales de los transmisores convencionales.
• La elección deberá satisfacer aplicación, performance y costo.
• Según la norma británica BS-7405 (Basada en más de 100 diseños y 200 proveedores) y según
el principio de funcionamiento se tiene la siguiente clasificación:
• Existen sofisticadas metodologías para proceder a la
correcta elección de caudalímetros, algunos incluso
recurren a Sistemas Expertos (Bailey 1980, Higham
1985, Hall 1993)
Criterios de prestaciones.
• criterios sobre el fluido de medida.
• criterios de instalación y mantenimiento.
• criterios ambientales.
• criterios económicos.
SELECCION DE CAUDALIMETROS
Siete consideraciones para la correcta selección según Mein Hold (1984):
1) Capacidad de los instrumentos para soportar las condiciones de
trabajo:
– presión, temperatura, radiación solar, sólidos en suspensión, riesgo de
abrasión, aguas fecales y residuales, productos químicos disueltos,
humedad externa, campos eléctricos y magnéticos, vibraciones y
pulsaciones, transitorios de arranque y parada, riesgo de cavitación.
2) Capacidad del instrumento para medir con la exactitud (precisión)
requerida en las especificaciones:
– esto puede cubrir un punto nominal de funcionamiento o bien gama.
Conviene estar bien seguros de que los extremos considerados también
cumplen. Estos extremos no deben cubrir situaciones exóticas, o ser
fijados caprichosamente. Estar, también, seguros de que la precisión se
refiere al caudal medido o bien al fondo de escala. Otras
especificaciones sobre reproductibilidad, estabilidad y linealidad pueden
ser útiles.
3. Comparación de los costes del equipo y de su instalación con el
presupuesto disponible.
4. Incidencias del servicio, duración de vida, requisitos de
mantenimiento, intervalos y coste. El mejor mantenimiento empieza
durante la ejecución de la obra; prever la posibilidad de desmontar
los equipos sin interrumpir el servicio es la primera acción a realizar.
La necesidad de técnicos del suministrador (muchas veces
extranjeros) para acudir al emplazamiento de medida puede costar
más de la mitad del precio del equipo. Se debe tener en cuenta la
necesidad de equipos de repuesto, completos o componentes.

5 Estabilidad a largo plazo, y necesidad de recalibración periódica.
Esta consideración está directamente conectada con la cuarta. El caso
precedente se enfocaba de modo general. Este se centra en la
conservación de las prestaciones y exactitud en las mediciones. En
este sentido conviene ser claro:
Todos los equipos tienen derivas a largo plazo y todos precisan re
calibración.
La cuestión clave es fijar intervalos razonables y estar seguros de que
estos se corresponden con las variaciones en la estabilidad (deriva)
que se producen en la realidad. Una cadencia de intervalos como la
que sigue es la que recomendamos a nuestros clientes:
- Período de 1 año : 3 veces.
- Período de 2 años : 2 veces.
- Período de 3 años : resto.
6 Pérdida de carga generada y modificaciones en el
flujo aguas abajo.
La pérdida de carga generada en exceso implica un mayor gasto
de energía eléctrica en el caso de bombeos. Esto es
particularmente cierto en las modernas instalaciones con
variadores de frecuencia para los motores de las bombas. La
repercusión es menos crítica en el caso de transporte de agua
por gravedad.
En este aspecto de la pérdida de carga, debe considerarse la producida
por la utilización de rectificadores o enderezadores de flujo que
recomendamos utilizar sistemáticamente.
De todas formas, con la pérdida de carga hay que aplicar los mismos
criterios en el caudalímetro, en la tubería y en el resto del
equipamiento.
7 Adaptación a necesidades futuras, fácil conexión con equipos
existentes, posibilidades de telemetría y telecontrol. Es claro que hay
que ʺpensar en grandeʺ y prever a priori futuras ampliaciones de tal
forma que el servicio quede asegurado en toda circunstancia.
Casi todos tienen uno o varios tipos de salida (4-20 mA, pulsos 0-10
V). Para estos casos es preferible utilizar los 4-20 mA por su mejor
inmunidad al ruido. Las salidas en voltios tienen limitaciones en la
longitud de los cables y las salidas en pulsos son siempre
problemáticas en zonas con contactores y relés como es el caso de
válvulas
1. Caudal objeto de medición: másico o volumétrico.
2. Fluido (Por ejemplo: agua); Condiciones de proceso: presión y temperatura.
3. Tipo de agua: potable, bruta, residual.
4. Propiedades físico-químicas: contenido en materias sólidas, dureza, iones,
compuestos disueltos y no disueltos.
5. El fluido es corrosivo o no.
6. Existe riesgo de burbujas o aire en suspensión (presencia de vórtices o,
inyección de aire aguas arriba).
7. Medición en tubería en carga, parcialmente llena, intermitente o en canal
abierto.
8. Disponibilidad de espacio para su instalación.
9. Rango de caudales: máximo, mínimo y nominal. Tener en cuenta la posible
variación de condiciones de servicio.
Cuestionario básico a llenar

10. Pérdida de carga admisible.
11. Contrapresión disponible aguas abajo.
12. Arranques/paradas frecuentes. Cuantificación de transitorios.
13. Exactitud (precisión) requerida.
14. Medición de caudal instantáneo y/o totalización.
15. Señal de salida.
16. Necesidades de visualización y transmisión de datos.
17. Costo del caudalímetro.
18. Costo de su instalación.
19. Costo de la calibración.
20. Costo y factibilidad del mantenimiento y recalibración.
Cuestionario básico a llenar
Describe el comportamiento de un fluído bajo condiciones variantes y tiene la forma siguiente:
•
• Condición: No hay fricción y el fluido es incompresible
Parámetros
• P: Es la presión estática a la que está sometido el fluído, debido a las moléculas que lo rodean
• r: Densidad del fluído.
• v: Velocidad de flujo del fluído.
• g: Valor de la aceleración de la gravedad (en la superficie de la Tierra).
• h: Altura sobre un nivel de referencia.
Ecuación de Bernoulli
• Los medidores volumétricos determinan el caudal en
volumen del fluido, bien sea
– directamente (desplazamiento)
– indirectamente por deducción (presión diferencial, área
variable, velocidad, fuerza, tensión inducida, torbellino, etc.)
(Observaciones:
– NRe<= 4000 flujo laminar
– NRe >= 10000 flujo turbulento
– Todos los instrumentos usados dependen del tipo de flujo circulante
– Hay que señalar que la medida del caudal volumétrico en la industria se
efectúa principalmente con elementos que dan lugar a una presión
diferencial al paso del fluido. (Elementos Deprimógenos) )
Medidores volumétricos
ELEMENTOS DEPRIMÓGENOS
Deprimógeno: Se denomina así, al elemento primario cuya instalación
produce una diferencia de presión (pérdida de carga), que se vincula con
el caudal que circula.
Los elementos deprimógenos más usados son:
Placa orificio
Tubo Venturi
Boquilla / Codo
Tubo Pitot / Annubar
Cuña

Presión según la sección del conducto
Instrumentos de presión diferencial
Fórmula general
• Aplicación del teorema de Bernoulli a una tubería horizontal en
términos de altura
• Altura cinética + altura de presión + altura potencial = cte
• Pa, Pc y Va, Vc, son las presiones absolutas y velocidades en la
zona anterior a la placa donde el fluido llena todo el conducto y
en la vena contraída respectivamente, y Sa, Sc son las secciones
correspondientes
Medidores volumétricos
Ecuación de Bernoulli. Relación caudal caída de presión
en PLACAS ORIFICIO
h1=h2; rono varía en toda la longitud estudiada de la vena ===>

en la que H es la diferencia de alturas de presión del fluido. Estas expresiones están
limitadas a fluidos ideales incompresibles.
• Las fórmulas anteriores son aproximadas.
• Para mejorar la representatividad, la fórmula
anterior se afecta de un coeficiente adicional C
llamado «coeficiente de descarga» con lo cual
PLACA ORIFICIO

Disposición de tomas cuando se usa Placa orificio
Disposición de tomas cuando se usa Placa orificio
+ 1 a + 2%
Placa orificio. Características.
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.
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)

Consideraciones de 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 5 a 30 D.
• ISO 5167-1980 Medida del flujo de fluidos por medio de placas-
orificio, toberas o tubos Venturi, insertados en conductos de
sección circular.
International Organization for Standarization, Ginebra, Suiza.
• Norma ASME 19.5 — Flowmeter Computation Handbook.
• American Society for Mechanical Engineers, New York, 1971
• Norma A.P.I. 2530 — Septiembre 1985 para gas natural.
Principie and Practice of Flow Meter Engineering L. K. Spink
(1978)
• Normas AGA-3 y AGA-7 — Gas Measurement Committe Report
— American Gas Association, Cleveland, Ohio
Normas para Cálculo de los Diafragmas, Toberas y
Tubos Venturi
a) FLUIDOS INCOMPRESIBLES
• La fórmula del caudal que pasa a través de la placa-
orificio, tobera o tubo Venturi es:
Resumen de las normas ISO 5167-1980
Esquemas de difragma, tobera y venturi

Cálculo de las dimensiones del elemento
Cálculo Rápido del elemento Deprimógeno
Típica medición de caudal de vapor
usando una placa orificio

Medidor de caudal de vapor Gilflo y visualizador sin
compensación de densidad
Parte Componente
1 Medidor de Caudal
de Área Variable
2 Válvula de
Aislamiento
3 Válvula de
Aislamiento
4 Transmisor de
Presión Diferencial
5 Procesador
• Usan el mismo tipo de instrumento de caída de presión
• Requieren cuidados de las longitudes rectas aguas arriba y abajo para asegurar que el perfil
de flujo no esté deformado
• Se deben instalar tomas para medir la caída de presión
• Producen caída de presión permanente
• Norma para el cálculo ISO-5167
Diferencias
• La recuperación de presión del Venturi es mayor que la tobera y esta mayor que la de la
placa orificio.
• Perdida permanente de presión:
– Venturi: 0.1 DP medido
– Tobera: 0.25 DP medido
– Placa orificio: 0.5 DP medido
• Costo:
1. El venturi más caro,
2. La tobera
3. La placa ( mas económico)
Comparación entre Placas orificio, tobera y Venturi
• Coeficiente de descarga
– En el Venturi y la tobera es constante con la viscosidad
– En la placa no lo es
• Para Sólidos en suspensión
– Tienen mejor respuesta la tobera y el venturi
Comparación entre Placas orificio, tobera y Venturi
• Una placa orificio puede sustituirse fácilmente para ajustarse
a diferentes velocidades de flujo, el diámetro del Venturi es fijo
entonces el rango de medición está limitado por la caída de
presión causada por el Venturi.
• Una placa orificio se puede reemplazar fácilmente mientras
que un Venturi está diseñado para instalaciones permanentes.
• 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.
Placa orificio vs Venturi

Tubo de Pitot
Tubo pitot
Tubo pitot
Tubo pitot

CUÑA y ANNUBAR
Tubo Annubar

• Es un medidor de caudal en tuberías, de área
variable, de caída de presión constante.
• Los rotámetros, flowmeters, del tipo área variable, son
instrumentos diseñados para la medición y control de
caudales, gases y líquidos.
• Se fabrican caudalímetros desde 1 ml/h hasta
1.000.000 lts/min.
• La longitud de la escala medidora se ofrece en
variados tamaños: 230 mm, 330 mm, 100 mm, etc.
La precisión es del 2% (full escala)
Rotámetros
Rotámetros
Rotámetros. Equilibrio de fuerzas
Rotámetros

Rotámetros
Rotámetros
Miden e Indican Caudal Instantáneo.
• Se utilizan para
– Controlar el rendimiento de Bombas
– Procesos de Mezcla o de Dosificación Volumétrica continua (en
línea), cuando los flujos deben mantenerse constantemente dentro
de límites precisos.
• Son muy solicitados por su razonable costo, sencillez operativa,
bajo mantenimiento, larga duración y enorme robustez.
• Flotámetros, patentados por el Ing. Bruno Schillig, son los
únicos en el mundo cuyo vidrio es cilíndrico y su eje cónico.
• No necesita guías para el flotante -- Si bien su fabricación es
más costosa los cambios de viscosidad alteran menos la lectura.
CAUDALIMETROS de area variable (Rotámetros/Flotámetros)
para LIQUIDOS y GASES
Mide e Indica Caudal Instantáneo. Construido con Tubo de Medición
Metálico en lugar de Vidrio puede manejar un muy amplio rango de
caudales con gran exactitud (2%) a pesar de Elevadas Temperaturas y
Presiones en Zonas Explosivas. Mínima caída de presión interna, no
requiere contra presión, y dispone amortiguación para eliminar
rebotes no deseados del flotante. Indicador acoplado magnéticamente.
Mismo largo en todos los tamaños facilita la sustitución. Múltiples
opciones de comunicación permiten integrarlo en sistemas de control
existentes.
Rango: 25 a 10.000 l/h agua; 0.84 a 1510 m3/h aire.
Exactitud ±1% y ±2% fondo de escala.
Construcción Cuerpo y Flotante: Inox, Hastelloy, Titanio; Sellos: Vitón.
Apto de -40 a +215 ºC y 100 bar.
Opciones: 1-Provisto de válvula reguladora y Alarma; 2-Salida proporcional
4-20 mA; 3-Apto Zona Ex; 4-Transmisores con Protocolo Hart programables
mediante control remoto, con o sin Alarmas y Salida de pulsos para
Totalizar; 5-Para fluidos corrosivos o criogénicos apto -20 a 315ºC y 400 bar
con Alarma y Transmisor opcional.
ROTAMETRO METALICO PARA GRANDES CAUDALES para
LIQUIDOS, GASES y VAPOR.

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 .
CAUDALÍMETRO A TURBINA
Se usa para medir caudal de líquidos limpios mediante la detección de la
rotación de los álabes de una turbina colocada en la corriente de flujo. Las
partes básicas del medidor son el rotor de turbina y el detector magnético. El
fluido que circula sobre los álabes del rotor lo hace girar y la velocidad
rotacional es proporcional al caudal volumétrico.
El detector magnético consiste de un imán
permanente con devanados de bobina que
capta el pasaje de los álabes de turbina.
El paso de los álabes delante del detector
hace interrumpir el campo magnético y
produce una tensión en la bobina.
La frecuencia con que se genera esta
Tensión es proporcional al caudal y se la
Acondiciona en una salida de pulsos y/o analógica.
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.
Exactitud de ±0,5% a ± 5% y una variabilidad del rango entre 20:1 a
75:1 con escala lineal.
Aprox 20 KHz.
Video 1
I.- Medidor de ultrasonido por diferencia de tiempos.
En este caso se dispone de uno o más 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.

I.- Medidor de ultrasonido por diferencia de tiempos
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.
Medidores por ultrasonido (continua)
II.- 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.
TRANSMISOR DE PRESIÓN DIFERENCIAL
TRANSMISOR DE PRESIÓN DIFERENCIAL
• Presenta dos elementos básicos por ej.: una placa orificio y un
transmisor de presión diferencial.
• La placa orificio es una placa delgada con un orificio que actúa
como restricción en la corriente de flujo. Como el área de la
corriente de flujo disminuye a medida que el fluido pasa a través del
orificio, su velocidad aumenta.
• La energía requerida para incrementar la velocidad del fluido se
obtiene a través de una reducción en la presión estática.
• Midiendo el cambio que se produce en la presión estática con un
transmisor de presión diferencial, se puede inferir el caudal
volumétrico.
• La raíz cuadrada de la salida del transmisor de presión diferencial es
proporcional al caudal.

Medidores de caudal y densidad tipo Coriolis
Micro Motion® serie F
• Los medidores Coriolis proporcionan medición muy precisa de caudal
másico, caudal volumétrico y densidad, en un diseño compacto.
• La más amplia gama de aplicaciones
• Disponible con transmisor FMT para aplicaciones batch y de dosificación
de llenado rápido
• La nueva opción de alimentación por el lazo con 2 hilos simplifica la
instalación
• Soporta los protocolos Wireless THUM™ , PROFIBUS-DP y
DeviceNet™ para máxima versatilidad operativa
• Están construidos en acero inoxidable o en aleación de níquel y se tienen
disponibles con opciones de alta temperatura y alta presión para adaptarse
a una amplia variedad de fluidos y condiciones de proceso
• La mejor fiabilidad y máxima seguridad: Permite realizar una verificación
inteligente del medidor para diagnóstico rápido y completo del mismo sin
interrumpir el proceso
Medidores de caudal y densidad tipo Coriolis
Dr. Jaime Irahola Ferreira Instrumentación y Control de Procesos 214
• Los medidores Coriolis proporcionan grandes beneficios con respecto a las
tecnologías de medición volumétrica tradicionales.
• Proporcionan datos de proceso precisos y repetibles en una amplia gama de
caudales y condiciones de proceso. Son prácticamente inmunes a todo
– presión (tanto nominal como posibles pulsaciones),
– temperatura (excepto variaciones bruscas),
– densidad, viscosidad, perfil del flujo, y flujos multifase (con sólidos en
suspensión).
– Un posible problema es la vibración.
• Proporcionan medición directa en línea para caudal másico y densidad,
– y también miden caudal volumétrico y temperatura – todo desde un solo
dispositivo.
• No tienen partes móviles; por lo tanto, los costos de mantenimiento son mínimos.
• No requieren acondicionamiento de caudal ni tramos rectos de tubería; por lo
tanto, la instalación se simplifica y es menos costosa.
• Proporcionan herramientas de diagnóstico avanzadas tanto para el medidor como
para el proceso.
• Tipo 1 : Tipo 2
Medidores de caudal tipo Coriolis
Dr. Jaime Irahola Ferreira Instrumentación y Control de Procesos 215
MEDIDOR TIPO VORTEX
•Se usan para medir el caudal con la ayuda de un cuerpo que genera vórtices.
•El principio básico de un medidor de vórtices es que los remolinos se desprenden
del cuerpo a una frecuencia proporcional al caudal volumétrico que está
circulando.
•Los vórtices son detectados por distintos medios. A medida que los vórtices se
van desplazando a través del medidor, crean áreas alternadas de baja y alta
presión.
•Estas presiones alternadas hacen responder al elemento de detección produce
una señal eléctrica de la misma frecuencia con que se generan los vórtices. Esta
frecuencia es acondicionada en una salida de pulsos y/o analógica. La señal de
salida es proporcional a la velocidad del fluido.
•Al igual que en los másicos, las vibraciones pueden o no, interferir con la
medición.
•Los diámetros libres de cañería son un factor crítico para su correcto
funcionamiento.

DESPRENDIMIENTO DE VÓRTICES (VORTEX)
MEDIDOR TIPO VORTEX
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.
Comparación de Rangeabilidad
Ej. Medidor de Flujo Tipo Vortex (Transmisor)

Costo total de inversión
(modelo Vortex EF73)
Características de medidores de caudal

Ic 13 clas 6 7

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