El documento proporciona información sobre sensores de caudal. Explica que los sensores de caudal miden el flujo de fluidos en procesos industriales para determinar proporciones de masa o volumen y cantidad de fluido consumido. Describe varios tipos de sensores de caudal como medidores de turbina, ultrasónicos y de presión diferencial.

1. SENSORES DE CAUDAL

2. INTRODUCCION
La medición de flujo en los procesos industriales se hace necesaria por dos
razones principales:
 Para determinar las proporciones en masa o en volumen de los fluidos
introducidas en un proceso.
 Para determinar la cantidad de fluido consumido por el proceso con el fin de
computar costos.
El flujo de fluidos en tuberías cerradas se define como la cantidad de fluido que
pasa por una sección transversal de la tubería por unidad de tiempo. Esta
cantidad de fluido se puede medir en volumen o en masa. De acuerdo a esto se
tiene flujo volumétrico o flujo másico
Los medidores volumétricos determinan el caudal en volumen de fluido, bien sea
directamente (desplazamiento) o indirectamente (presión diferencial, área
variable, velocidad, fuerza, tensión inducida, torbellino).

3. MEDIDORES DE FLUJO
Existen cuatro parámetros de aplicación en los medidores de turbina:
 Exactitud: Esa una medida de que tan cerca del valor real, puede estar una
indicación del flujo en un instrumento; se expresa en % (desviación) de
volumen para un rango específico de flujo. ( ± 0.25 )
 Resolución: Es una medida del más pequeño incremento de flujo que puede
ser detectado en el instrumento. Las turbinas tienen alta capacidad de
resolución que depende del número de aspas y puede incrementarse con la
adición de botones magnéticos en la rueda.
 Repetitividad: Es la habilidad del medidor, de indicar la misma lectura,
siempre que permanezcan las mismas condiciones de flujo; este parámetro se
considera de mayor importancia que la exactitud y resolución ( 0.02 ).
 Rango: Es la relación entre el flujo máximo y el flujo mínimo. Se considera
mejor el instrumento de medición que requiera menos maniobras de cambio
de elementos, o acciones de calibración y que mantenga su exactitud y
resolución sobre el rango más amplio ya que garantiza una mayor libertad
para programar diferentes gastos.

4. PRINCIPIOS
PRINCIPIO TIPO DE SENSOR
Presión Diferencial
Placa de Orifio
Tobera de Flujo
Tobera Venturi
Tubo de Venturi
Tubo de Dall
Cuña de Flujo
Tubo de Pitot
Tubo de Annubar
Área Variable Rotámetro
Cilindro y Pistón
Velocidad Turbina
Ultrasonico
Fuerza Placa de Impacto
Tensión Inducida Medidor Magnético

5. PRINCIPIOS
PRINCIPIO TIPO DE SENSOR
Desplazamiento Positivo
Disco Giratorio
Pistón Oscilante
Pistón Alternativo
Medidor Rotativo: ciloidal, birrotor,
oval, paleta
Torbellino
Frecuencia
Ultrasonico
Capacitancia

6. Medidores de Turbina
Consiste de un juego de paletas o aspas acopladas a un eje, las cuales giran
cuando pasa un fluido a través de ellas. La velocidad a la cual giran estas
aspas es proporcional a la velocidad del flujo, y si tenemos la velocidad y el
área del conducto se puede determinar el caudal. Las turbinas deben
instalarse de tal modo que no se vacíe cuando cesa el caudal ya que el
choque del agua a alta velocidad contra el medidor vacío lo dañaría
seriamente.

7. Principio Hidráulico
Los medidores de velocidad utilizan un elemento primario consistente en álabes,
copas o aspas que giran dentro de las tuberías a presión o en los canales a
superficie libre debido a la acción del flujo que pasa por estos conductos en
dirección axial Este tipo de medidores puesto que no miden el caudal
directamente son considerados medidores de métodos indirectos ya que miden el
caudal a partir de la velocidad del flujo por el conducto.
La medición del caudal en este tipo de aparatos se logra con base en la
proporcionalidad que existe entre el numero de revoluciones o vueltas que dan
las aspas del dispositivo, y la velocidad del agua que es transportada a través del
conducto.
La velocidad que adquieren las aspas al contacto con el agua se transmite a un
sistema de pulsos eléctricos que la transforman directamente en información
equivalente a volúmenes o registros del caudal

8. En estos instrumentos se relaciona el numero de vueltas del dispositivo
con la velocidad del flujo y al contar con el diámetro de la tubería donde
esta el medidor se aplica la ecuación de continuidad para conocer el
caudal Este proceso para determinar el caudal por medio de la ecuación
de continuidad es hecho internamente por el propio medidor.
Ecuación de la Continuidad:

9. Principio de Operación

11. Para captar la velocidad de la turbina existen dos tipos de convertidores:
 Reluctancia: La velocidad esta determinada por el paso de las palas
individuales de la turbina a través del campo magnético, esta variación
cambia el flujo induciendo una corriente alterna en la bomba captadora.
 Inductivo: El rotor lleva incorporados un imán permanente y el campo
magnético giratorio que se origina produce una corriente alterna en una
bobina captadora exterior.
Para estos dos convertidores el rotor de turbina genera la frecuencia la cual es
proporcional al caudal, siendo del orden a 250 a 1200 ciclos por segundos para
caudal máximo.

13. Numero Reynolds
Cuando un líquido fluye en un tubo y su velocidad es baja, fluye en líneas
paralelas a lo largo del eje del tubo; a este régimen se le conoce como "flujo
laminar". Conforme aumenta la velocidad y se alcanza la llamada " velocidad
Crítica", el flujo se dispersa hasta que adquiere un movimiento de torbellino en
el que se forman corrientes cruzadas y remolinos; a este régimen se le conoce
como "flujo turbulento ". El paso de régimen laminar a turbulento no es
inmediato, sino que existe un comportamiento intermedio no indefinido que se
conoce como "régimen de transición".

14. Para el flujo laminar, la curva de velocidad en relación con la distancia de las
paredes es una parábola y la velocidad promedio es exactamente la mitad de la
velocidad máxima. Para el flujo turbulento la curva de distribución de velocidades
es más plana (tipo pistón) y el mayor cambio de velocidades ocurre en la zona más
cercana a la pared.

15. Reynolds observo que el tipo de flujo adquirido por un líquido que fluye dentro
de una tubería depende de la velocidad del líquido, el diámetro de la tubería y
de algunas propiedades físicas del fluido.
Así, el número de Reynolds es un número adimensional que relaciona las
propiedades físicas del fluido, su velocidad y la geometría del ducto por el que
fluye y está dado por:

16. Cuando el ducto es una tubería, D es el diámetro interno de la tubería.
Cuando no se trata de un ducto circular, se emplea el diámetro equivalente
(De) definido como:
Generalmente cuando el número de Reynolds se encuentra por debajo de
2100 se sabe que el flujo es laminar, el intervalo entre 2100 y 4000 se
considera como flujo de transición y para valores mayores de 4000 se
considera como flujo turbulento.

18. Factores en la Calibración
También conocido como Factores K ; la mayoría de fabricantes calibran sus
medidores o rotores en un bucle de flujo. En estos ambientes controlados se
corren caudales establecidos por un período de tiempo y se cuentan los "pulsos"
que se generan en estos períodos de ajuste con el fin de determinar una curva de
flujo que es individual para cada rotor o medidor. Esta curva de flujo es debido a
que existen ligeras diferencias físicas inherentes en los rotores o medidores.

19. Piping
La colocación del caudalimetro es el paso crítico final en asegurar
que las velocidades de flujo que se grabarán son confiables y de
alta precisión.
«Por ejemplo, si usted pone su medidor de turbina justo aguas
abajo de una curva de 90 grados en la tubería, que va a producir
un perfil de flujo transitorio en el punto de medición, o si usted
colocara su dispositivo de medición aguas abajo del flujo que va
en dirección hacia abajo en un tubo vertical entonces se debe
producir la cavitación y otra vez no tendría un perfil de flujo
aceptable o número de Reynolds.»

20. ¿Que es la cavitación ?
La cavitación es un fenómeno físico, mediante el cual un líquido, en
determinadas condiciones, pasa a estado gaseoso y unos instantes después pasa
nuevamente a estado líquido.
¿Cómo aparece la cavitación?
Un liquido se evapora cuando la energía no es suficiente para mantener las
moléculas unidas, entonces estas se separan unas de otras y aparecen burbujas
de vapor.
La cavitación es un fenómeno muy frecuente en sistemas hidráulicos donde se
dan cambios bruscos de la velocidad del líquido.

21. ¿Cuales son los efectos de la cavitación ?
Efectos:
 Ruidos y golpeteos.
 Vibraciones.
 Erosiones del material (daños debidos a la cavitacion).

22. Daños típicos de la cavitación

27. Como Puede Evitarse la Cavitación

28. Piping
Una regla generalmente aceptada a seguir es que usted debe
asegurarse de que hay al menos 10 diámetros de tubería
ininterrumpidas de tramo recto corriente arriba del punto de
medición y 5 diámetros de tubería sin interrupciones aguas abajo
de su punto de medición seleccionado cuando no hay dispositivo
de acondicionamiento de flujo instalado.

31. TIPO DE REGISTRADOR DE CAUDAL
Debido a que existen diferentes fabricantes de los medidores de velocidad, se
pueden encontrar os elementos secundarios de registro de caudales en varias
presentaciones. A continuación se señalaran algunos de los mas usuales:
 MECANICO NUMERICO: Este registradores consta de una caratula que registra,
tanto el total del volumen de agua que pasa por el conducto en determinado
tiempo, como el gasto instantáneo que pasa en ese momento.
 MECANICO GRÁFICO: El registrador mecánico gráfico es aquel que nos
proporciona los datos en una carátula, con elementos secundarios como el
graficador de tambor, parecido a los que se usan en registros de
precipitaciones.

32.  DlGlTAL NUMÉRICO: Algunos de los
medidores de este tipo cuentan con este
registrador de datos, es muy práctico ya
que puede entregarnos datos almacenados
por días, semanas y meses. Además de
poder contar con los datos de gasto en
diferentes unidades, tal como pueden ser
lps. m3/s, etcétera.

34. Solución de Problemas
Cuando se sospecha de problemas que hay, algunas cosas que se pueden hacer
con el fin de identificar lo que está pasando con el medidor de turbina. Cada
fabricante tiene su propio conjunto de pasos para solucionar problemas, y
depende de cuáles son los síntomas que el medidor está mostrando. Si el
problema se determina o se sospecha que no sea en la electrónica de
procesamiento relacionado, entonces hay dos herramientas que son muy valiosos
en la identificación de problemas con la funcionalidad mecánica del metro. El
primero es un multímetro o Ohmímetro. Con esto, usted por lo general puede
desconectar la parte electrónica y llegar a la bobina o "recoger" los cables del
sensor y comprobar la resistencia verificando que es lo que el fabricante
recomienda como un rango aceptable de resistencia.
Una vez que la resistencia se comprueba y se encontró que ser aceptable, la
segunda herramienta es un osciloscopio portátil. El osciloscopio puede ser
utilizado como una ventana para el rotor de la turbina.

41. MANTENIMIENTO BÁSICO
Este tipo de equipos de medición se desgastan con el
uso ocasionando deterioro en sus partes móviles, lo que
origina irregularidades en el programa de trabajo
establecido.
Los equipos de velocidad son sensibles a descuidos
operacionales y transporte inadecuado, por lo que se
presentan algunos cuidados a seguir en su traslado
 Mantenimiento Preventivo:
Este mantenimiento se proporciona a los medidores de velocidad con el
fin de evitar posibles fallas Para ello es importante tomar en cuenta las
especificaciones de cada uno de los fabricantes Este tipo de
mantenimiento es importante en los equipos de velocidad debido a que
cuentan con partes móviles y estas expuestas directamente al flujo son
susceptibles al deterioro

42.  MANTENIMIENTO CORRECTIVO:
Este mantenimiento se realiza una vez que se han encontrado
anomalías en el funcionamiento del medidor de velocidad fallas
relacionadas con el deterioro de un elemento del instrumento.
El contacto directo del flujo con las partes móviles del medidor
hace que estas tengan incrustaciones y desgaste

43. Indicaciones en cuanto al mantenimiento de
los medidores de velocidad:
 Es necesario hacer revisiones periódicas consistentes en escuchar o buscar
signos de desgaste mecánico o de rajaduras.
 Este tipo de medidores de velocidad son silenciosos, por lo que cualquier
ruido "como de molino" debe considerarse un mantenimiento preventivo,
puesto que este sonido puede ser indicador de falla.
 Otras de las señales que es importante tomar en cuenta son las visuales. Una
aguja indicadora de gasto con desempeño estable, si empieza a mostrar un
comportamiento errático, es indicativo de que una falla puede ocurrir.
 Si se empaña la carátula de lectura, puede ser síntoma de una fuga en el
sistema de transmisión o en un sello.

44. Cuando el medidor tenga señales de mal funcionamiento realizar la
siguiente prueba:
 Establecer un caudal alto a través del medidor.
 Tomar el tiempo que el totalizador registraun incremento en la
carátula de la lectura. Comparar estos datos con los que resultan del
calculo del gasto y el volumen correspondiente al medido; esto para
verificar si la aguja indicadora coincide con las mediciones del
totalizador.
 Si se comprueba que existe un problema, se debe detener la
operación del medidor para desinstalarlo y realizar una inspección

45. Características del medidor de turbina
 La turbina esta limitada por la viscosidad del fluido, debido al cambio que se
produce en el perfil de velocidad del líquido a través de la tubería cuando
aumenta la viscosidad. En las paredes el fluido se mueve mas lentamente que en
el centro, de modo que, las puntas de los alabes no pueden girar a mayor
velocidad. En general, para viscosidades mayores de 3 a 5 cS se reduce
considerablemente el intervalo de medición del instrumento.
 La exactitud es elevada, del orden de ± 0.3 %. El valor óptimo se consigue cuando
la dirección del flujo sigue la dirección de la tubería, para ello se debe instalar el
instrumento en una tubería recta 10 diámetros aguas arriba y 5 diámetros aguas
abajo.
 Un medidor de turbina se puede utilizar para medir flujo de gases y líquidos
limpios o filtrados.
 El instrumento debe instalarse de tal modo que no se vacíe cuando cesa el flujo ya
que el choque de líquido a alta velocidad contra el medidor vacío lo puede dañar
seriamente.

46. Representación de un medidor de
turbina

47. Guía para la selección técnica de
medidores de flujo

48. Aplicación

49. Característica