Ao de la Promocin de la Industria Responsable y Compromiso Climtico

LABORATORIO N 03

INSTRUMENTOS Y/O TECNICAS PARA MEDIR EL CAUDAL (VOLUMETRICO Y MASICO)

ALUMNOS:

REINOSO NUEZ, Edilberto Reynaldo1220479

ZARZOSA ORTIZ, Jeanfranco Jordano1220478

FECHA DE ENTREGA DEL LABORATORIO

Viernes 21 de noviembre de 2014

LIMA 2014

RESUMENEn el siguiente informe se han elegido los instrumentos de medicin de caudal ms comunes e importantes que existen en el medio ya que no se puede abarcar la totalidad de estos debido a su amplia variedad de modelos y modificaciones. Los caudalmetros se dividen principalmente en tres: Los volumtricos donde la seal de salida est directamente relacionada con el volumen que pasa por el medidor. Los de masa donde la seal de salida est directamente relacionada con la masa que pasa por el medidor. Los de velocidad donde la seal de salida est directamente relacionada con la velocidad que pasa por el medidor. En esta oportunidad nos concentraremos en ciertos caudalmetros representativos de cada tipo, por ejemplo: Sobre los caudalmetros volumtricos nos concentraremos en las placas Orificios y el Tubo Venturi, sobre los msicos hablaremos sobre los caudalmetros trmicos y los de Colioris y por ultimo al hablar sobre los de velocidad, solo abarcaremos los ultrasonidos y las turbinas.

INTRODUCCIONPrimero es importante definir que es un caudal. Un caudales la cantidad de fluido que circula a travs de una seccin de un ducto cualquiera (tubera, caera, oleoducto, ro, canal, etc.) en un cierto intervalo de tiempo.Los Medidores de Caudal sondispositivos que, instalados en una tubera, permiten conocer el flujo volumtrico que est circulando por la misma, parmetro que es de mucha importancia en aquellos procesos que involucran el transporte de un fluido. La mayora de los medidores de caudal se basan en un cambio del rea de flujo, lo que provoca un cambio de presin que puede relacionarse con el caudal a travs de la ecuacin de Bernoulli. Existen varios tipos de medidores, sin embargo; los ms utilizados en la industriason: los rotmetros, los ultrasnicos, el conocido Tubo Venturi y algunos otros ms. Cada uno de estos instrumentos mide diferentes parmetros para lograr aproximarse al valor de caudal del fluido experimentado.

OBJETIVOS GENERALES La investigacin y el desarrollo de los instrumentos de medicin de caudal, tambin llamados caudalmetros utilizados en las industrias.

Destacar los caudalmetros ms importantes de entre los 3 tipos de instrumentos existentes.

El reconocimiento de las ventajas y desventajas de cada uno de los instrumentos mencionados.

INSTRUMENTOS DE MEDICIN DE CAUDAL1. Definicin:Un caudalmetro es un dispositivo que se utiliza para medir el caudal o la cantidad de un gas o lquido. Las aplicaciones de medicin de caudal son muy diversas. Considere los siguientes ejemplos: flujo de agua a travs de un canal abierto, prdida de vlvula hidrulica, y medicin de combustible a travs de un inyector de combustible. Si bien se usan muchas tecnologas distintas para medir el caudal, el caudalmetro con desplazamiento positivo es nico porque mide directamente el volumen real. Todos los dems tipos infieren el caudal realizando otro tipo de medicin e igualndola con el caudal. Los caudalmetros se conocen por muchos nombres, como flujmetro, indicador de flujo, medidor de lquido, etc., segn la industria. No obstante, la funcin de medicin de caudal es siempre la misma.2. Tipos de caudalmetros:

2.1. Con desplazamiento positivo(tambin conocido como caudalmetro volumtrico o PD)La seal de salida est directamente relacionada con el volumen que pasa por el medidor.Pueden ser del tipo con dos rotores (engranajes rectos, engranajes ovales, engranajes helicoidales), de disco mutante, de pistn alternativo, o de pistn oscilante o giratorio.2.1.1. Placa Orificio:A modo general, este medidor es una placa que se puede sujetar con bridas a la tubera. Al ser de geometria simple, es de facil instalacion y bajo costo, ademas que no retiene muchas particulas suspendidas en el fluido dentro del orificio. Sin embargo, estas particulas se pueden acumular en la entrada de la placa y se puede entonces poner un orificio excentrico en el nivel del fondo de la tubera para disminuir las prdidas de carga por el roce que ocasionan. Asi, las mayores desventajas de este medidor son su capacidad limitada y la alta perdida de carga ocasionada tanto por los residuos del fluido como por las perdidas de energia que se producen cuando se forman vrtices a la salida del orificio. Se dividen en tres clases, concentricas, excentricas y segmentadas; sin embargo por su gran gran versatilidad se utilizan generalmente las excentricas que se muestran a continuacin.La concntrica sirve para lquidos, la excntrica para los gases donde los cambios de presin implica condensacin, cuando los fluidos contienen un alto porcentaje de gases disueltos.

Consideraciones acerca de las Placas Orificios: Los medidores de caudal por diferencia de presin ocasionan una prdida permanente de presin, inferior a la ocasionada por la restriccin, la cual, en caso de ser necesario, debe ser compensada para retornar a las condiciones originales del sistema Cuandola relacin entre el dimetro del orificio o garganta es pequeo en comparacin con el dimetro de la tubera,se genera mayor precisin de la lectura manomtrica, no obstate,representa una mayor prdida de presin por fricciny puede producir una presin baja no deseada en la contraccin, suficiente en algunos casos para que se liberen gases disueltos o se evapore lquido en este punto (cavitacin). Los accesorios como codos y vlvulas producen perturbaciones en el flujo que afectan la medicin, por ello se debe mantener una seccin recta de alrededor de 5a 30DRequisitos que deben cumplirse para la instalacion de placas orificios:1. El flujo que da la cara al flujo corriente arriba debe ser un ngulo recto cualquier redondeo en el filo no deber exceder de 0.25% del dimetro del orificio para asegurar una exactitud en la medicin dentro del 0.1%2. La cara corriente arriba debe estar tan pulida como comercialmente sea posible.3. La porcin de la placa que se extiende dentro de la tubera deber ser plana dentro de una tolerancia de 0.01" por pl. de radio.4. La placa de orificio debe sentarse en la tubera de manera tal que la excentricidad sea menos 3% del dimetro de la tubera.Ventajas:La gran ventaja de la placa de orificio en comparacin con los otros elementos primarios de medicin, es que debido a la pequea cantidad de material y al tiempo relativamente corto de maquinado que se requiere en su manufactura, su costo llega a ser comparativamente bajo, aparte de que es fcilmente reproducible, fcil de instalar y desmontarse y de que se consigue con ella un alto grado de exactitud.Desventajas:1. Es inadecuada en la medicin de fluidos con slidos en suspensin.2. No conviene su uso en la medicin de vapores (se necesita perforar la parte inferior)3. El comportamiento en su uso con fluidos viscosos es errtico pues la placa se calcula para una temperatura y una viscosidad dada.4. Produce las mayores prdidas de presin en comparacin con los otros elementos primarios.2.1.2. Tubo Venturi:Un tubo Venturi es un elemento de medicin especialmente usado donde se necesiten generar diferencias de presiones altas. Adems, es un medidor mucho ms preciso que los vistos anteriormente, pues dada su geometria, lneas de flujo que se juntan en la garganta lo hacen de tal manera que incluso este medidor otorga excelentes mediciones an si se esta trabajando con liquidos viscosos o con liquidos con material en suspension pues en el cuello del Venturi es muy difcil que queden sedimentos adheridos, dado que las velocidades son mucho ms grandes.

A continuacin, se entregan indicaciones de instalacion y medicin de caudales usando tubos VenturiInstalacinEl tubo del medidor esta colocado en la lnea de tubera tal como un tubo ordinario, el cono menor formando el extremo de entrada o de flujo de arriba. El tubo mismo esta hecho de varias secciones, varan do el nmero de ellas segn el tamao del tubo. Cada secci6n tiene una muesca en la orilla de la brida para permitir un alineamiento exacto. El tubo puede instalar- se en cualquier posicin: horizontal, vertical o inclinada.El tubo "Venturi" debe introducirse en un tramo recto de la lnea de tubera y tan lejano, hacia abajo como sea posible, de cualesquier origen de trastorno en el flujo, tal como reductores, vlvulas, y grupos de conexiones. Para los largos mnimos de tubera recta que deben preceder al tubo de medicin, consltese la hoja de instrucciones de "Tramos de tubera para medidores"En tuberas horizontales e inclinadas, las conexiones de presi6n para la tubera desde el tubo "Venturi" al instrumento, deben hacerse como sigue: (a) en instalaciones para gas, a la parte superior del tubo, (b) en instalaciones para liquidos, a un lado del tubo, y (c) en instalaciones para vapor, en la parte superior del tubo cuando el instrumento esta por encima de la lnea, y al lado, cuando est por debajo.En tubos verticales, las conexiones de presin pueden hacerse a cualquier lado del tubo.

2.1.3. Comparacin entre la placa orificio y el tubo Venturi:Una placa orificio puede sustituirse fcilmente para ajustarse a diferentes ratas de flujo, el dimetro del Venturi es fijo entonces el rango de medicin est limitado por la cada de presin causada por el Venturi.La placa orificio genera una gran prdida permanente de presin debido a la presencia de remolinos aguas abajo del orificio, la forma del Venturi previene la formacin de remolinos lo cual reduce enormemente la prdida permanente de presin.La placa orificio es econmica y fcil de instalar, el Venturi es costoso y debe ser cuidadosamente diseado. Una placa orificio se puede reemplazar fcilmente mientras que un Venturi est diseado para instalaciones permanentes.2.2. De masa:La seal de salida est directamente relacionada con la masa que pasa por el medidor.Los caudalmetros trmicos y Coriolis entran en esta categora.2.2.1. CAUDALIMETROS MASICOS TERMICOSLos caudalmetros msicos por efecto trmico SAGE METERING han sido diseados para la medicin msica con alta performance de caudal instantneo y consumo de gas natural, aire, oxgeno, biogas, mezcla de gases, gases de combustin, nitrgeno, dixido de carbono, oxgeno e hidrgeno.Los sensores no son afectados an por grandes variaciones de temperatura de los procesos y su electrnica digital es impermeable al ruido analgico externo.La electrnica dispone de un procedimiento de Auto-diagnstico que verifica que la calibracin original de fbrica no ha sufrido variaciones y corrimientos. La funcin cero Self-Check tambin verifica que el sensor se encuentra libre de contaminacin.Ventajas de loscaudalmetros msicos trmicos: Medicin de caudalmsico directo, sin necesidad de sensores adicionales de presin y temperatura. No tiene partes mviles ni piezas que sufran desgaste o rotura. Alta precisin y repetibilidad. Rango de medicin 100:1 y Resolucin 1000:1 Cada de presin insignificante.

2.2.2. Caudalmetro de Coriolis:El modo habitual de determinar la masa de un cuerpo es pesarlo. Pero desde el punto de vista de la ingeniera surgen grandes dificultades cuando se intenta pesar directamente una masa que fluye de manera continua por un sistema de tuberas. Sin embargo, en las ltimas dcadas ha aparecido un principio de medicin que posibilita medir de forma directa y contina caudales msicos en tuberas, a saber: la medicin de caudales msicos por principio Coriolis.

2.3. De velocidadLa seal de salida est directamente relacionada con la velocidad que pasa por el medidor.Existen diferentes tipos de caudalmetros de velocidad:2.3.1. Transductores UltrasnicosMide el Tiempo que tarda ultrasonido en atravesar el fluido a medir para calcular la velocidad, el caudal y el volumen total. Tiene la caracterstica de no ser intrusivo. Al poder medir a travs de cualquier material sin cortar, abrir ni vaciar el cao se presta para medir varios puntos an de distinto dimetro con un slo instrumento, tambin se pueden medir el fluido en caeras verdaderamente grandes muy difciles para otros equipos, y en caeras bajo presin. Muy utilizado por municipalidades e industrias que no justifican medidores dedicados pero necesitan medir, de vez en cuando, algunos puntos.

Ventajas: No ocasiona prdida de carga. No tiene partes mviles. No influye el dimetro de la tubera, ni en su costo, ni en su rendimiento. Ideal para la medicin de materiales txicos o peligrosos. Salida lineal con el caudal. Su rango de medicin es muy amplio. En tuberas de gran dimetro es el ms econmico, y en ciertos casos, el nico. Su instalacin es muy simple y econmica. Desventajas: Su precisin no es muy alta. Su costo es relativamente alto para tuberas de bajo dimetro.

2.3.2. Medidores de turbina Los medidores de turbina consisten en un rotor de mltiples aspas montado en una tubera, perpendicular al movimiento del lquido. El paso del lquido a travs de las aspas ejerce una fuerza de rotacin que hace girar al rotor a una velocidad que resulta directamente proporcional al caudal (figura 1.13). La velocidad de rotacin de la turbina es censada por un transductor magntico, cuya seal de salida es un tren de pulsos, los cuales pueden ser contados y totalizados. El nmero de pulsos contados en un perodo de tiempo dado, es directamente proporcional al caudal volumtrico.

El uso de la turbina est limitado por la viscosidad del fluido, cuando aumenta la viscosidad, cambia la velocidad del perfil del lquido a travs de la tubera. En las paredes del tubo el fluido se mueve ms lentamente que en el centro, de modo que, las puntas de las aspas no pueden girar a mayor velocidad. Para viscosidades superiores a 3 o 5 centistokes se reduce el intervalo de medida del instrumento. (1 stokes = 1cm2/s). Es adecuado para la medida de caudales de lquidos limpios y filtrados. Su precisin es muy elevada, est en el orden de 0,3%.

2.4. OTROS TIPOS DE CAUDALIMETROS:

2.4.1. Caudalmetro de rotmetro:Los Rotmetros o Caudalmetros de rea variable son instrumentos utilizados para medir caudal instantneo, tanto de lquidos como de gases. En su forma constructiva ms simple constan de un tubo de medicin, generalmente de vidrio, de baja conicidad, en cuyo interior se encuentra un elemento sensible al caudal que circula por el tubo, el cual se denomina flotante. Bajo la accin de la corriente de lquido o gas el flotante se desplaza verticalmente, e indica sobre una escala graduada directamente el caudal circulante.

2.4.2. CAUDALIMETROS PARA CAERIAS PARCIALMENTE LLENAS Y CANALES ABIERTOSMediante el uso de tcnicas de procesamiento digital de seal, los transductores de velocidad y de nivel DYNAMETERS son capaces de efectuar mediciones de caudal en un amplio rango de ambientes.Utilizados para la medicin y registro de flujos en tuberas no llenas, canales, desages cloacales, pluviales y arroyos pequeos; operan en una amplia gama desde agua limpia hasta en canales de drenaje de efluentes.Los transductores combinan la capacidad de medicin de la velocidad del caudal y la medicin de la profundidad del canal de agua

Los medidores de flujo de tipo ultrasnico se utilizan ondas de sonido para determinar el flujo de un fluido. Un transductor piezoelctrico genera pulso de ondas, los cuales viajan a la velocidad del sonido, a travs del fluido en movimiento, proporcionando una indicacin de la velocidad del fluido.2.4.3. Caudalmetro magntico:En un caudalmetro magntico, el fluido conductor que circula por el interior del tubo de medicin corresponde a la barra metlica del experimento de Faraday. Dos bobinas situadas a ambos lados del tubo de medicin generan un campo magntico de intensidad constante. Dos electrodos en la pared interior de la tubera detectan la tensin inducida por el fluido en movimiento al circular en el seno del campo magntico. El tubo de medicin est elctricamente aislado del fluido y del electrodo por un revestimiento no conductor (por ejemplo, goma, tefln, etc.).

CUADRO COMPARATIVO ENTRE LA TECNOLOGIA DEL INSTRUMENTO CON SUS DIFERENTES CARACTERISTICAS

OBSERVACIONES El caudalmetro magntico tiene dos bobinas en frente en las cuales se genera un campo magntico (corriente). Por lo tanto se debe tomar en cuenta los instrumentos alrededor de este, ya que una interferencia en el campo magntico puede distorsionar el valor resultante.

El caudalmetro rotmetro es un tubo de medicin que posee una boya interiormente que se desplaza verticalmente, mide directamente el caudal circulante. El estado de la boya puede afectar los valores resultantes del caudalmetro.

Los caudalmetros msicos trmicos a pesar de utilizar los valores de la temperatura para poder hallar el caudal, no pueden ser afectados por los cambios bruscos de temperatura en el fluido y en el ambiente.

CONCLUSIONES Se confirm la gran variedad de instrumentos de medicin de caudal, cada instrumento se diferencia de otro por los parmetros tomados para la medicin del caudal.

Cada instrumento de medicin est dirigido a ciertos fluidos especficos. Por ejemplo ciertos caudalmetros como las turbinas pueden medir fluidos limpios, es decir, sin solidos flotantes en el fluido. En cambio un caudalmetro torbellino puede medir tanto fluidos limpios como con impurezas.