UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN JUANFACULTAD DE INGENIERIA

Trabajo practico de Control de Procesos Medidores de Caudal

Integrantes: Castro, Julieta Dominguez, Daiana Fratini, Paola Leiva, Laura Pastor, Gimena

2013

Medidores de Caudal

Introduccin

Las mediciones de caudal son fundamentales para asegurar el buen funcionamiento de los equipos y los procesos dentro del rango especificado de los mismos.Los caudales son importantes de determinar en las plantas industriales ya que: Definen productos consumidos y producidos. Los equipos en general requieren mantener el caudal de entrada de distintos insumos en valores constantes o al menos acotados. Los balances de materia y energa de las plantas son esenciales para conocer el buen funcionamiento de los procesos y depende de los caudales medidos.Definicin:

Volumen de fluido que pasa a travs de una caera por unidad de tiempo.Q= V x AQ= caudalv= velocidad del fluidoA= rea transversal del caoExisten varios mtodos para determinar el caudal: Medidores Volumtricos:Elementos deprimgenosSe denominan de esta forma porque su instalacin produce una diferencia de presiones, prdida de carga, que se vincula con el caudal que circula en una relacin determinable. Este grupo de caudalimetros incluye una variedad de tipos basados en la ecuacin desarrollada de por Bernoulli. La ecuacin de Bernoulli corresponde a la ley de conservacin de la energa mecnica, aplicada a fluidos en movimiento, (en determinadas condiciones ideales).

Medidores de caudal de presin diferencial: Placa orificio:Su construccin es muy simple, consiste en una chapa (como si fuera una paleta de ping- pong) con un agujero central que se coloca entre dos bridas porta placa.Colocar una placa orificio en una caera provoca dos tipos de cada de presin que influyen en el proceso, un P de medicin y un P permanente que se produce debido a la turbulencia alrededor de la placa, ocasionando un alto consumo de energa.

Para medir el caudal con la placa de orificio se necesita un trasmisor de presin diferencial.

Q=K*PLa conexin de los trasmisores se puede hacer de distintas maneras. La ms comn se hace sobre los bordes de las bridas.La toma de alta (high) se conecta a la entrada del caudal y la de baja (low) se conecta a la salida del flujo. Un trasmisor as colocado mide la cada de presin en la placa.Una placa orificio tiene una capacidad de medicin dentro del rango de exactitud de clculo de Q mx. a Q mn. igual a 3:1.

Ventajas

1. Utiliza una pequea cantidad de material en la manufactura.2. El tiempo de maquinado es relativamente corto.3. El costo llega a ser comparativamente bajo.4. Es fcilmente reproducible.5. Es fcil de instalar y desmontar.6. Se consigue 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.

Tobera:

Este instrumento es ms complejo y caro que una placa orificio pero presenta ventajas en ciertos usos (vapor saturado) y adems provoca menor perdida permanente de presin que la placa (recupera ms presin por haber menos friccin).Supongamos que se desea medir el caudal de vapor de una caera. El vapor de agua tiene dos particularidades.Normalmente fluye a muy alta velocidad (5 m/s a 50 m/s) y en general se trabaja con vapor saturado, por lo tanto este tiene en suspensin pequeas gotas de agua. Si se coloca una placa orificio se tendr una erosin permanente debido a gotas de agua que chocan contra la placa a 50m/s.Una tobera tiene el borde de entrada de flujo contorneado que conduce el fluido ingresante y dimensiones muy robustas en la construccin lo que la hace razonablemente resistente a la erosion de las gotas de agua que puede acarrear el vapor.La toma de presin en una tobera estn localizadas normalmente a un dimetro aguas arriba y a uno y media agua abajo de las caras de la tobera. A la tobera se la monta entre dos bridas porta tobera de igual forma que a una placa orificio.

Ventajas:1. Menor prdida de carga que una placa orificio. (La perdida de la tobera es de 30 a 80%)2. Resistentes a la abrasin y pueden usarse con fluidos sucios y en suspensin.3. Precisin del orden de 0,95 a 1,5% Desventajas:1. Costo de 8 a 16 veces mayor que una placa orificio.

Tubo VenturiSe utiliza fundamentalmente cuando se necesita tener una muy pequea cada de presin permanente. Tiene la desventaja de ser un dispositivo mecnicamente muy grande por lo tanto muy costoso. Tradicionalmente no se utiliza en caeras pequeas.Ventajas:1. Un P permanente muy bajo2. Por su diseo es el dispositivo de medicin que ms se aproxima a las condiciones ideales3. Como la ecuacin de Bernoulli se aplica a condiciones de flujo y caeras ideales existe un factor multiplicado por el resultado de la ecuacin con el que se obtienen los valores reales. Este factor depende del tipo de dispositivo usado para realizar la medicin, del nmero de Reynolds, de las dimensiones del tubo Venturi y se llama coeficiente de descarga. Debido a la segunda caracterstica del tubo Venturi este coeficiente es cercano a uno, para un caso tpico vale 0.985.4. El tubo Venturi es un dispositivo que presenta los menores errores desde un punto de vista del diseo por lo tanto se especifican en instalaciones donde se requiera muy alta precisin.5. El tubo Venturi clsico consiste en una restriccin en el flujo provocada por la insercin de un tubo cnico seguido por otro cilindro de menor dimetro que la caera y unido a otro tubo cnico llamado cono de recuperacin.6. Al ingresar el fluido al primer tubo cnico, como la seccin disminuye paulatinamente, la velocidad aumenta, y la presin esttica disminuye. Cuando el fluido atraviesa el cono de recuperacin vuelve a aumentar la presin.Desventajas:1. Restricciones en su instalacin y alto costo.2. Rango de operacin limitado.3. Requerimiento de longitud en su instalacin.

Comparacin entre placa de orificio, tobera y venturi.Similitudes: Usan la cada de presin para obtener la medicin de caudal. Requieren tramos rectos aguas arriba y abajo para asegurar que el perfil de flujo no est deformado. Se deben instalar tomas para medir la cada de presin. Producen cadas de presin permanente.Diferencias: La recuperacin de presin del venturi es mayor que la de la tobera y esta mayor que la de la placa orificio. Costo: el tubo Venturi ms caro, la tobera y la placa ms econmicos Slidos en suspensin: tienen mejor respuesta la tobera y el tubo Venturi.

Medidores de caudal de rea variable: Rotmetro:Los medidores de caudal de rea variable se deben instalar verticalmente. Su principio de funcionamiento se basa en un flotador que cambia de posicin dentro de un tubo de rea variable. El rea del tubo es pequea en la parte inferior y va aumentando hasta alcanzar la mayor seccin en la parte superior.El flotador, slido, tiende a bajar debido a la fuerza de gravedad (su peso) y el fluido, que circula de abajo hacia arriba, tiende a levantarlo debido a la fuerza de arrastre de este. Adems de la fuerza de arrastre, existe una fuerza que ejerce el fluido sobre el flotador, que es igual al peso del volumen del fluido que desaloja. El flotador queda en la posicin de equilibrio de fuerzas, indicando en el tubo el caudal del fluido que pasa. El tubo debe estar convenientemente graduado, adems de permitir la visualizacin del flotador. El tubo se puede graduar teniendo en cuenta que la fuerza de arrastre depende de la velocidad del fluido, y una vez se conoce esta, se puede obtener el caudal. Como se puede intuir, la fuerza de arrastre depende de la viscosidad del fluido. La medida puede ser directa al estar la escala graduada en el tubo, pero tambin existen modelos en los que el flotador da una seal en funcin de su posicin, y se puede utilizar esta para extraer la medida en otra escala graduada, o bien para acondicionar la seal y adecuarla para un bus de campo o bien transmitirla a un regulador.Existen variantes en que se le puede poner un seguidor magntico externo del flotametro y utilizar la posicin de este para que una electrnica la tome y le envie una seal normalizada proporcional al caudal.

Ventajas 1. Tienen una escala uniforme en todo el rango del instrumento 2. La prdida de presin es fija para todo el rango de medida3. La capacidad se puede cambiar con cierta facilidad si se reemplaza el flotador o el tubo4. Pueden manejar lquidos corrosivos sin inconvenientes 5. Son de fcil lectura.

Desventajas1. Deben ser montados en posicin vertical2. El flotador puede quedar no visible si el lquido empleado es opaco3. No debe ser utilizado para lquidos que contengan grandes porcentajes de slidos en suspensin 4. Son costosos para lquidos con altas presiones y/o altas temperaturas.

Medidores de caudal msico:La determinacin del caudal masa puede efectuarse a partir de una medida volumtrica, compensndola para las variaciones de densidad del fluido, o bien, determinar directamente el caudal de masa aprovechando caractersticas medibles de la masa del fluido.En el caso que se dispone una medida volumtrica, se compensa directamente la densidad o bien las variables de presin o temperatura. En las ocasiones en que interesa aprovechar caractersticas medibles de la masa, existen tres sistemas bsicos: los instrumentos trmicos, los de momento angular, y los de Coriolis.

TrmicosLos medidores trmicos de caudal se basan comnmente en el principio fsico de la elevacin de temperatura del fluido en su paso por un cuerpo caliente (medidor Thomas).

Estos medidores constan de una fuente elctrica de alimentacin de precisin que proporciona un calor constante al punto medio del tubo por el cual circula el caudal. En puntos equidistantes de la fuente de calor se encuentran sondas de resistencia para medir la temperatura.Cuando el fluido esta en reposo, la temperatura es idntica en las dos sondas. Cuando el fluido circula, transporta una cantidad de calor hacia el segundo elemento termistor, y se presenta una diferencia de temperaturas que va aumentando progresivamente entre las dos sondas a medida que aumenta el caudal. Esta diferencia es proporcional a la masa que circula a travs del tubo, de acuerdo con la ecuacin:

Donde:Q = calor transferido;m = masa del fluido;ce = calor especifico;t1 = temperatura anterior;t2 = temperatura posterior;

El sistema est conectado a un dispositivo que determina la diferencia de temperaturas, obteniendo una seal que puede ser utilizada por registradores, indicadores digitales y controladores (Este dispositivo puede ser un puente Wheatstone con etapa amplificadora de seal).Ventajas:1. Presentan una variacin amplia del rango de medicin en comparacin con flujmetros Vrtex o presin diferencial.2. No poseen partes mviles.3. Salida de caudal msico o volumtrico normalizado en forma directa.4. Prdidas de carga en la lnea despreciables.5. Rpida respuesta frente a cambios de flujo.6. Sensibilidad alta, incluso a flujos bajos.Desventajas:1. Presentan una mantencin regular frente a fluidos contaminados: humedad o slidos en suspensin.2. Algunos modelos son sensibles con respecto a la composicin del gas (mezclas).3. Requieren de una calibracin precisa y no todos los fabricantes poseen certificados.4. Pueden alterar la medicin frente a cambios bruscos de temperatura por efecto de transferencia trmica en los sensores.5. Pueden leer flujo inverso, pero no sealar si es directo o no.

AnexoVideo explicativo:http://www.youtube.com/watch?v=jKMuNP4va6w