Medidores de caudal

CURSO: MACRO Y MICRO MEDICIÓN DE AGUA POTABLE
DOCENTE: ING. ITA CERNA HECTOR GIANCARLO
TEMA: MEDIDORES DE CAUDAL
ALUMNO: ARANIBAR ALVA NELSON

Cualquier sistema de medición de flujo puede considerarse formado por
dos partes distintas, cada una de las cuales tiene una función diferente.
La primera, o elemento primario, es la parte del sistema que está en
contacto con el fluido y proporciona algún tipo de interacción; la
segunda, o elemento secundario, es la parte del sistema que transforma
esas interacciones en lecturas o registros deseados.
INTRODUCCION
En este capítulo se describen las características de los medidores
primarios más comunes y prácticos para conductos a presión y conductos
a superficie libre; así como los elementos secundarios-, los mismos que se
pueden clasificar en:

Medidor deprimógeno
Medidor tubo de pitot
Medidor de velocidad (hidrómetros)
Medidor electromagnético
Medidor ultrasónico
Medidor de vórtice
Medidor diferencial proporcional
Medidores primarios en
conductos a presión.
 Medidor Parshall
 Vertederos
Elementos secundarios de
presión diferencial
Medidores primarios en
conductos a superficie libre

Los medidores deprimógenos son medidores de caudal
relativamente simples. Consisten básicamente de una
reducción gradual o brusca de la sección del flujo en
movimiento, ocasionando con esto un aumento de
velocidad y una disminución de la presión en el fluido. De la
correlación de la variación de presión con la velocidad, es
posible cuantificar el caudal del escurrimiento.
MEDIDOR DEPRIMOGENO
GENERALIDADES

Matemáticamente velocidad del escurrimiento la correlación del diferencial
de presión con para determinar el caudal está definida por:
La ecuación es aplicable a flujos no compresibles y con las siguientes condiciones:
El flujo debe ser homogéneo y de características físicas conocidas.
Debe conocerse con precisión los caudales, temperatura y presión del fluido.
El conducto debe trabajar a presión (tubo lleno).

MEDIDOR PRIMARIO TIPO VENTURI
Cuando un fluido escurre a través de un conducto de sección transversal
variable, su velocidad varía de punto a punto a lo largo del conducto. Si la
velocidad aumenta, la energía cinética se incrementa a expensas de la energía
de presión; si la velocidad decrece, el conducto es llamado difusor y la energía
de presión se incrementa a expensas de la energía cinética.

- Precisión
- No obstruye el flujo
- Con pérdida de carga baja
- Poco efecto si se tienen sólidos en movimiento
- Confiable y simplicidad de diseño
- Operación estable
- Resistente
- Calibración sencilla
- No tiene partes movibles
- Su mantenimiento no necesita interrumpir el flujo.
VENTAJAS TÉCNICAS DEL MEDIDOR TIPO VENTURI:
- Rango de operación limitado
- Requerimientos de longitud en su instalación,
comparado con otros medidores
- Restricciones en su instalación
- Alto costo
DESVENTAJAS DEL MEDIDOR TIPO VENTURI:

Continuando el desarrollo del tubo medidor Venturi largo, en
1887 un número de variaciones, como el Venturi corto, fueron
desarrollados. Entre las recientes introducciones de aparatos
tipo Venturi está el tubo Dalí, el cual fue desarrollado en
Inglaterra. El tubo Dalí consiste de un cuerpo cilíndrico bridado,
diseñado con una pequeña entrada recta, la cual termina
abruptamente con una reducción de diámetro, formando así
una saliente (shoulder), ésta sé continúa con una reducción
cónica, una pequeña garganta y divergiendo a la salida. El tubo
Dalí se usa para líneas de corriente con velocidad alta,
obteniéndose un rango diferencial de presión, y por
consiguiente de caudales, mayor que el obtenido por el
medidor Venturi estándar. Los orificios de presión están
localizados en la entrada a la saliente y la garganta. Los orificios
pueden ser limpiados con agua a presión para prevenir
obturaciones por sólidos.
MEDIDOR PRIMARIO TIPO TUBO DALL

Ventajas técnicas del medidor tipo tubo Dall
- Precisión
- No obstruye el flujo
- Con pérdida de carga baja
- Confiable y simple en su diseño Operación
estable
- Resistente Calibración sencilla
- No tiene partes movibles
- Su mantenimiento no exige interrupción del
flujo.
Desventajas del medidor tipo tubo Dall
- Requerimientos de longitud en su instalación,
comparado con otros medidores
- Alto costo

MEDIDOR PRIMARIO DE PRESION DIFERENCIAL TIPO TOBERA
Varios diseños han sido desarrollados para medidores
tipo tobera; el típico es una entrada cónica y garganta,
como en un tubo Venturi, pero carece de cono de
recuperación (difusor). Esta omisión afecta
esencialmente la recuperación de carga. Una mayor
diferencia y ventaja sobre el tubo Venturi es que la
tobera puede ser instalada en tuberías bridadas. Las
toberas son más económicas que los tubos Venturi,
pero más costosas que los medidores de orificio. En
general, son más sensibles a las turbulencias aguas
arriba y se requieren 20 o más diámetros de línea de
conducción recta para una operación satisfactoria.

Fig. Ejemplo de Dimensiones Constructivas para el Medidor Tipo Tobera ISA - 1932

MEDIDOR PRIMARIO DE PRESION DIFERENCIAL TIPO ORIFICIO
El medidor de orificio es uno de los dispositivos de
medición de flujos más antiguos que se conoce. Su
diferencial de presión es debido a la combinación de
velocidad alta, pérdidas por fricción y líneas de
corriente aceleradas. El medidor de orificio de placa
delgada es el dispositivo más usado para medición de
flujos en tuberías. El orificio es una perforación circular
en una placa delgada y plana que es fijada entre un par
de bridas de la tubería. Los orificios de presión se
localizan aguas arriba y aguas abajo de la placa de
orificio. Este medidor puede usarse en el extremo de
una tubería a presión y descargando a la atmósfera, en
cuyo caso sólo es necesario un orificio de presión.

Ventajas del medidor tipo orificio:
- Pocas restricciones en su instalación
- Confiable y simplicidad de diseño
- Operación estable
- Calibración sencilla
- Bajo costo
- De fácil traslado
- Posibilidad de mantenimiento sin interrupción de
flujo
- No tiene piezas movibles en contacto con el agua.
Desventajas del medidor tipo orificio:
- Alto efecto si tiene sólidos en suspensión
- Obstrucción del flujo Pérdida de carga alta
- Requerimientos de longitud en su instalación.

MEDIDOR TUBO DE PITOT
GENERALIDADES
El medidor pitot está compuesto básicamente de
dos tubos, uno de los cuales capta la carga de
impacto o alta presión (suma de la carga dinámica y
carga de presión) y el otro tubo capta la carga de
referencia o baja presión. De la diferencia entre la
carga de impacto y la carga de referencia se obtiene
la carga dinámica, la cual es proporcional al
cuadrado de la velocidad del flujo en movimiento.
Diseños alternativos se han desarrollado para medir
la presión dinámica y difieren sólo en los detalles de
construcción del tubo de impacto y tubo de
referencia. En este capítulo se describen los
medidores pitot tipo Colé, tipo simplex y el pitot
modificado.
La correlación de la carga dinámica con la velocidad del fluido
para determinar el caudal está definida por:
La ecuación es aplicable a flujos no compresibles y con las
siguientes condiciones:
-El flujo debe ser homogéneo y de características físicas
conocidas.
- Las condiciones del flujo (diámetro de la tubería, temperatura
y presión del fluido) deben ser determinados con precisión.
- La tubería debe trabajar a presión (tubo lleno).

TUBO PITOT COLE
El pitot Colé tiene dos orificios pitométricos que, cuando están en uso, se colocan uno contra el flujo y el otro a
favor del flujo. Las tomas de presión que contienen los orificios son roscadas y pegadas o soldadas (a estaño) en
los tubos de trasmisión.
En el extremo superior de los tubos de trasmisión existe un mecanismo de giro cuya función es girar dichos tubos,
colocando los orificios de presión en las posiciones: "abierto"/"cerrado".

TUBO PITOT SIMPLEX
Las principales características del pitot Simplex, que difieren del pitot Colé, son:
- Los orificios de presión están compuestos por tres orificios calibrados: un orificio de impacto (colocado de frente
al flujo) y dos orificios de referencia, ubicados en lados opuestos, cada uno de los cuales forma un ángulo de 90 con
el orificio de impacto.

Este tipo de medidores comerciales es una innovación del tubo pitot tienen precisión aceptable, y
son sencillos en su instalación, operación y mantenimiento, lo que hace atractiva su adquisición.
El medidor annubar consta de cuatro partes básicas:
- Los sensores de alta presión formados por cuatro orificios de impacto aguas arriba, los cuales
promedian las presiones de impacto de la sección transversal.
- El tubo interpolador insertado dentro del sensor de alta presión. Trasmite continuamente el
promedio de la carga de impacto detectada por los cuatro orificios sensores. La carga de impacto es
la suma de la carga debida a la velocidad del fluido y la presión estática.
Sensor de baja presión, situado aguas abajo. La diferencia entre la alta presión del tubo interpolador
y la baja presión del orificio posterior es proporcional a la velocidad del flujo conforme al teorema de
Bernoulli.
- La parte superior del instrumento trasmite el diferencial de presión al indicador u otro dispositivo
secundario, como el trasmisor, registrador o control, donde se transforma la presión diferencial en
caudal.
PITOT MODIFICADO TIPO ANNUBAR

MEDIDORES DE VELOCIDAD (HIDROMETROS)
CLASIFICACION DE LOS HIDROMETROS
SEGUN EL PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
Volumétricos
• de émbolo
• Rotativo
• semirotativo
• de disco
Velocimétrico
• de turbina de
• aspa giratoria
Compuesto
• en serie
• en paralelo
SEGUN EL SISTEMA DE TRANSMISION
• Transmisión mecánica
• Transmisión magnética
SEGUN EL TIPO DE LECTURA EN EL REGISTRADOR
• Digital
• Lectura circular
DE ACUERDO CON LA DISPOSICION DE LOS ELEMENTOS CONSTITUTIVOS
• Esfera seca
• Esfera húmeda

TAMAÑO DEL HIDROMETRO
El tamaño de estos medidores es determinado por su diámetro nominal y su capacidad nominal.
(a) Diámetro Nominal
Es un número simple que sirve para definir el aparato en cuanto a su dimensión básica, la cual corresponde
(aproximadamente) al diámetro interno de la tubería (en mm), para la cual el medidor estaba destinado. Sin embargo,
un medidor para un determinado diámetro, puede instalarse en una tubería de un diámetro mayor, usando una
reducción.
(b) Capacidad
La capacidad nominal está dada por el caudal que atraviesa el medidor, presentando una pérdida de carga característica;
estando, por lo tanto, basada en la relación cuantitativa del caudal y de la pérdida de carga respectiva.
CAUDAL CARACTERISTICO
Es el caudal en flujo uniforme para una pérdida de carga característica del aparato, indicando la capacidad del mismo.
CAUDAL NORMAL
Es el caudal en flujo uniforme, con pérdida de carga conocida en el aparato, y corresponde al 50% del caudal
característico.
DEFINICIONES

CAUDAL SEPARADOR
Es el caudal en flujo uniforme, cuyo valor es equivalente al 5% del caudal característico, a partir del cual la
precisión es superior a 2% en toda la escala.
LIMITE INFERIOR DE EXACTITUD
Es el caudal a partir del cual el hidrómetro comienza a indicar el paso de agua dentro de los límites prefijados para
los errores de indicación (precisión superior a 5%).
CAMPO DE MEDICION
Es el intervalo comprendido entre el límite inferior de exactitud y el caudal característico.
CAMPO INFERIOR DE MEDICION
Es el intervalo comprendido entre el límite inferior de exactitud y el caudal separador.
CAMPO SUPERIOR DE MEDICION
Es el intervalo comprendido entre el caudal separador y el caudal característico.

El comportamiento hidráulico de los medidores es determinado por su caudal característico,
mientras que la calidad de las mediciones es definida por la curva de errores.
CAUDAL CARACTERISTICO
La ecuación Ah = f(Q) define el caudal característico de los medidores y es aproximadamente
igual a la ecuación de la parábola: Ah = a.Q^2, que pasa por el origen.
COMPORTAMIENTO HIDRAULICO DE LOS MEDIDORES

El principio fundamental de operación del medidor
electromagnético se basa en la ley de Faraday, que
dice: el voltaje inducido en un conductor, que se
desplaza a través de un campo magnético, es
proporcional a la velocidad de ese conductor.
Dos bobinas, colocadas una a cada lado del cuerpo del
medidor (Figura 12.55), son excitadas por una
corriente alterna u otra fuente intermitente,
produciendo así un campo magnético uniforme, a
través de la parte interna del tubo. Conforme pasa el
agua a través del cuerpo del medidor, corta el campo
magnético, sufriendo una inducción de voltaje que es
percibida por dos electrodos diametralmente opuestos
y perpendiculares al campo magnético. Este voltaje
inducido y captado por los dos electrodos es medido,
haciendo posible así la obtención de la velocidad del
agua a través de la relación; la magnitud de la fuerza
electromotriz inducida, E, es proporcional a la
densidad de flujo, (B), del campo magnético,
multiplicado por la velocidad del agua, (v).
MEDIDOR ELECTROMAGNETICO

El uso científico en instrumentación, de los principios de acústica actualmente utilizados, tiene su origen en el
SONAR, equipo desarrollado en la Segunda Guerra Mundial.
El principio básico de funcionamiento de un medidor ultrasónico es el siguiente: una señal sónica es
transmitida diagonalmente a través del tubo por donde pasa el agua, la velocidad del líquido afecta el tiempo
que esta señal emplea para ir de un transmisor hasta un receptor, disminuyendo este tiempo, cuando la señal
y el flujo van en el mismo sentido; y aumentando cuando esto no ocurre.
A partir de este principio diversos fabricantes desarrollaron varios diseños. En todos ellos, utilizan por lo
menos un par de transductores (transmisor-receptor). La ubicación física de esos transductores se muestra en
la Fig. 12.61.
De acuerdo con cada diseño existen diversas combinaciones y localización de los sensores, así como
diferentes métodos para obtener la velocidad del líquido.
Sin embargo, para todos los métodos utilizados en los diferentes medidores ultrasónicos la minimización del
error en la medición del tiempo es fundamental.
Los medidores ultrasónicos más utilizados son de dos tipos, conocidos por "time of flight" y "doppler".
La diferencia entre los dos está en que en el primero (time of flight) la señal sonora va de una pared a otra del
tubo; y en el segundo (doppler), la señal sonora es reflejada por algún material en suspensión que se está
moviendo junto con el agua.
MEDIDOR ULTRASONICO

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