Principios de Medida - Flujo
James Robles Departamento de Instrumentación Huertas College
Principios de Medida - Flujo
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
En esta presentación:
Definición de Flujo Unidades de medida de Flujo Consideraciones en medidas de Flujo Medida de Flujo utilizando métodos Mecánicos Medida de Flujo utilizando método Diferencial de Presión Teorema de Bernoulli Medida de Flujo utilizando método Ultrasónico Medida de Flujo utilizando método Magnético Medida de Flujo utilizando método Vortex Medida de Flujo utilizando método Coriolis Medida de Flujo utilizando método Dispersión Térmica
Principios de Medida - Flujo
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
Definición de Flujo: Flujo es la razón de transferencia de un volumen por unidad de
tiempo:
Flujo = Volumen ÷ tiempo Q = V ÷ t
Flujo = Volumen / tiempo Q = V/t
Flujo = Volumentiempo 𝑄 =
𝑉
𝑡
Flujo se representa con la letra Q
Principios de Medida - Flujo
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
Q = 𝑉𝑜𝑙
𝑡
Unidades de Volumen – galones, in3, m3, ft3, etc. Unidades se tiempo – segundos, minutos, horas, etc. Unidades de Flujo:
galones por minuto (gpm) Litros por minuto (lpm) pulgadas cúbicas por segundo (in3/s) pies cúbicos por hora (SCFH) – para gases
Principios de Medida - Flujo
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
Definición de Flujo: Flujo es una medida del movimiento de un fluido desde un
punto a otro en un tiempo determinado Este fluido puede ser sólido, líquido ó gas Flujo es la razón de transferencia de un volumen por unidad
de tiempo
100 psi 0 psi
Válvula Cerrada Flujo = 0
Principios de Medida - Flujo
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
Definición de Flujo: Flujo también pudede ser definido como el movimiento de
un fluido desde una presión mayor a una presión menor Si hay diferencia en presión y ambas cámaras se
interconectan, habrá flujo hasta que se equalize la presión en ambas cámaras
75 psi 25 psi
Válvula Abierta Flujo ≈ Δp
Principios de Medida - Flujo
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
Principios de Medida - Flujo
Definición de Flujo: Flujo es el movimiento de un fluido desde una presión
mayor a una presión menor Cuando sea igual la presión en ambas cámaras, el flujo será
cero
50 psi 50 psi
Válvula Abierta Flujo ≈ Δp
Si Δp = 0 entonces Flujo = 0
Principios de Medida - Flujo
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
Q = 𝑉𝑜𝑙
𝑡
Ejemplo para ilustrar unidades de medida: 1 in3/s:
Volumen de 1 in3
Tubería
Dirección de Flujo
Si este movimiento se hace en 1 segundo, entonces el flujo es 1 in3/s
Principios de Medida - Flujo
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
Principios de Medida - Flujo
Q = Vol / t Al examinar esta fórmula observamos que se puede derivar la
siguiente:
Q =(Área∙Distancia)/tiempo
Q =Área∙(Distancia/tiempo)
Recordemos que distancia/tiempo = velocidad, por lo tanto:
Q = Área x velocidad Q = A ∙ v
Principios de Medida - Flujo
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
Principios de Medida - Flujo
Q = Volumen / tiempo
Q = Área ∙ Velocidad
Q = Vol. / t = A ∙ v
es equivalente a:
Principios de Medida - Flujo
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
Área de 1 in2
Tubería
Dirección de Flujo
Al analizar esta relación, se puede concluir lo mismo.
El área de la tubería multiplicada por la velocidad del
fluido es el mismo cómputo.
Q = Área ∙ Velocidad
Si este movimiento ocurre a 1 in/s. entones el flujo
(Q) será 1in3/s.
Principios de Medida - Flujo
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
Factores que afectan las Medidas de Flujo:
Medio de Flujo (Densidad) – Líquido ó Gas Temperatura Presión Turbidez Conductividad pH (Acidez ó Alcalinidad) Tamaño de Tubería o Conducto Material de Tubería ó Conducto Cantidad de Flujo
Principios de Medida - Flujo
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
Métodos Mecánicos de Medida de Flujo: Paddle Wheel – Rueda con aspas para convertir la energía
del flujo a movimiento circular visible a través de una ventana:
A mayor velocidad de la rueda, mayor es el flujo indicado.
Además de indicar, se puede añadir dispositivos para
que transmita una señal
Principios de Medida - Flujo
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
Métodos Mecánicos de Medida de Flujo: Paddle Wheel – Rueda con aspas para convertir la energía
del flujo a movimiento circular visible a través de una ventana:
Flujo
A mayor velocidad de la rueda, mayor es el flujo indicado.
Además de indicar, se puede añadir dispositivos para
que transmita una señal
Principios de Medida - Flujo
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
Métodos Mecánicos de Medida de Flujo: Rotámetro – Utiliza un balance de fuerzas para posicionar
una pesa suspendida entre un diferencial de presión producido por el flujo:
El Flujo produce un diferencial de
presión el cual mueve una pesa calibrada
para la densidad del fluido.
La pesa tiene un área mayor arriba (en
la región de menor presión) y un área
menor abajo (en la región de mayor
presión).
La pesa se mueve hasta que se
balancean las fuerzas.
Principios de Medida - Flujo
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
Métodos Mecánicos de Medida de Flujo: Rotámetro – Utiliza un balance de fuerzas para posicionar
una pesa suspendida entre un diferencial de presión producido por el flujo:
3 gpm -
2.5 gpm -
2 gpm -
1.5 gpm -
1 gpm -
.5 gpm -
0 gpm -
Flow In
Flow Out
El Flujo produce un diferencial de
presión el cual mueve una pesa calibrada
para la densidad del fluido.
La pesa tiene un área mayor arriba (en
la región de menor presión) y un área
menor abajo (en la región de mayor
presión).
La pesa se mueve hasta que se
balancean las fuerzas.
Principios de Medida - Flujo
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
Métodos de Medida de Flujo por Diferencial de Presión:
El área de la tubería varía para producir un diferencial de presión:
La velocidad aumenta con la reducción del área:
p1 p2 p3
El flujo (Q) es constante a lo largo de la tubería:
Q1 Q2 Q3
A1 A2 A3
p1 p2 p3
v1 v2 v3
Principios de Medida - Flujo
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
Métodos de Medida de Flujo por Diferencial de Presión:
Flujo
Placa con Orificio
p1 p2
El orificio provoca un diferencial de presión proporcional al flujo.
Principios de Medida - Flujo
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
Métodos de Medida de Flujo por Diferencial de Presión:
Principios de Medida - Flujo
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
Métodos de Medida de Flujo por Diferencial de Presión: En medidas de flujo utilizando una placa con orificio, se
toma la lectura del lado High (p1) antes del orificio, y la lectura del lado Low (p2) después del orificio, a una distancia llamada “vena contracta”. Esta es la distancia donde ocurre el mayor diferencial de presión.
Pre
sió
n
Principios de Medida - Flujo
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
Métodos de Medida de Flujo por Diferencial de Presión: En medidas de flujo utilizando una placa con orificio, el
orificio se coloca con el diámetro mas pequeño hacia el lado High (p1) y el lado mas ancho hacia el lado Low (p2) de la tubería.
Flujo
Flujo
Principios de Medida - Flujo
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
Métodos de Medida de Flujo por Diferencial de Presión: Para que este método pueda utilizarse, es necesario que
el flujo sea laminar. Esto significa que debe tener la menor cantidad de turbulencia posible.
Flujo Laminar Flujo Turbulento
Principios de Medida - Flujo
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
Métodos de Medida de Flujo por Diferencial de Presión: Para asegura r la presencia de flujo laminar, se
recomienda colocar el elemento con tramos de tubería de 10 diámetros antes y 4 diámetros después del elemento.
10 diámetros antes 4 diámetros después
Flujo Placa con Orificio
Principios de Medida - Flujo
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
Métodos de Medida de Flujo por Diferencial de Presión: Flow Nozzle
p1 p2
Al igual que el orificio, el Flow Nozzle provoca un diferencial de presión.
Flujo
Principios de Medida - Flujo
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
Métodos de Medida de Flujo por Diferencial de Presión:
El Annubar produce un DP, pero con menos pérdida de presión total.
Annubar
Flujo
p1 p2
Principios de Medida - Flujo
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
Métodos de Medida de Flujo por Diferencial de Presión:
Elementos sensores que se utilizan en el método de
diferencial de presión:
Placa con Orificio Annubar
Flow Nozzle Pitot Tube
Venturi Tube
Principios de Medida - Flujo
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
Métodos de Medida de Flujo por Diferencial de Presión:
Otros elementos sensores que se utilizan en el método de
diferencial de presión:
Conditioning Orifice
Eccentric Orifice
Tubos Detectores de Δp
Principios de Medida - Flujo
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
Métodos de Medida de Flujo por Diferencial de Presión:
Uso de transmisor de diferencial de presión:
Un transmisor de diferencial de presión se conecta al
elemento sensor de la siguiente manera:
P1 P2
High Low
Principios de Medida - Flujo
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
Métodos de Medida de Flujo por Diferencial de Presión:
Transmisor de Diferencial de Presión
con 3 Valve Manifold
Al igual que en los transmisores
utilizados para medir nivel en
tanques presurizados, se conecta
el sensor de flujo a través de un
3-Way Manifold
Su uso es la misma. Evitar que la
alta presión en una de las
cámaras dañr el transmisor.
El 3-Way Manifold consiste de
dos válvulas para aislar cada uno
de los puertos (High & Low) y una
tercera válvula para igualar
presiones entre éstas (equalizing
valve)
Principios de Medida - Flujo
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
Métodos de Medida de Flujo por Diferencial de Presión:
3 Valve Manifold
Para retirar el transmisor:
1. Cerrar LP valve
2. Abrir Equalizing valve
3. Cerrar HP valve
Para re-instalar el transmisor:
1. Abrir HP valve
2. Cerrar Equalizing valve
3. Abrir HP valve
ΔPT
H L
LP
Block Valve
HP
Block Valve
Equalizing
Block Valve
Principios de Medida - Flujo
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
Métodos de Medida de Flujo por Diferencial de Presión:
Sensores que utilizan el método de diferencial de presión:
Todos los sensores de diferencial de presión responden
a la proporción:
La fórmula más específica es:
𝑄 = 𝐴2
2 𝑃1 − 𝑃2
𝜌 1 − 𝛽4
𝑄 ≈ ∆𝑃
Principios de Medida - Flujo
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
Métodos de Medida de Flujo por Diferencial de Presión: Teoría de la Continuidad:
𝑄1 = 𝑄2 = 𝑄3
Á𝑟𝑒𝑎1 ⋅ 𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑1 = Á𝑟𝑒𝑎2 ⋅ 𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑2
𝐴1 ⋅ 𝑣1 = 𝐴2 ⋅ 𝑣2
𝑣1 = 𝑣2 ⋅𝐴2
𝐴1
v1 v2
A1 A2
Tubo Venturi
Principios de Medida - Flujo
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
Métodos de Medida de Flujo por Diferencial de Presión: Teorema de Bernoulli
Utilizando análisis por suma de energía (presiones): Presión Estática1 + Presión Dinámica1 + Presión Hidrostática1 = Presión Estática2 + Presión Dinámica2 + Presión Hidrostática2
𝑃1 +1
2𝜌𝑣1
2 + 𝜌𝑔ℎ1 = 𝑃2 +1
2𝜌𝑣2
2 + 𝜌𝑔ℎ2
Si despreciamos la diferencia en altura (la linea es horizontal):
𝑃1 +1
2𝜌𝑣1
2 + 𝜌𝑔ℎ1 = 𝑃2 +1
2𝜌𝑣2
2 + 𝜌𝑔ℎ2
Quedamos en:
𝑃1 +1
2𝜌𝑣1
2 = 𝑃2 +1
2𝜌𝑣2
2
Principios de Medida - Flujo
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
Métodos de Medida de Flujo por Diferencial de Presión: Teorema de Bernoulli
Si sustituímos v1 por v2 ∙ 𝐴2
𝐴1, (Teoria de la Continuidad), entonces:
𝑃1 +1
2𝜌 𝑣2
𝐴2
𝐴1
2
= 𝑃2 +1
2𝜌 𝑣2
2
Principios de Medida - Flujo
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
Métodos de Medida de Flujo por Diferencial de Presión: Teorema de Bernoulli
𝑃1 +1
2𝜌 𝑣2
𝐴2
𝐴1
2
= 𝑃2 +1
2𝜌𝑣2
2
Si despejamos para v2:
𝑃1 − 𝑃2 =1
2𝜌𝑣2
2 −1
2𝜌𝑣2
2𝐴2
𝐴1
2
Factorizamos:
𝑃1 − 𝑃2 =1
2𝜌𝑣2
2 1 −𝐴2
𝐴1
2
Principios de Medida - Flujo
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
Métodos de Medida de Flujo por Diferencial de Presión: Teorema de Bernoulli
𝑃1 − 𝑃2 =1
2𝜌𝑣2
2 1 −𝐴2
𝐴1
2
Seguimos despejando para v2 & (P1 – P2 = ΔP):
2𝛥𝑃
𝜌 1−𝐴2𝐴1
2 = 𝑣22 𝑣2
2 =2𝛥𝑃
𝜌 1−𝐴2𝐴1
2
𝑣2=2 𝛥𝑃
𝜌 1− 𝐴2𝐴1
2
Principios de Medida - Flujo
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
Métodos de Medida de Flujo por Diferencial de Presión: Teorema de Bernoulli
𝑣2 =2 Δ𝑃
𝜌 1 −𝐴2𝐴1
2
Si acordamos que A1 y A2 vienen de A = 1
4𝜋𝑑2, entonces:
𝑣2 =2 Δ𝑃
𝜌 1 −
14
𝑑22
14
𝑑12
2
Principios de Medida - Flujo
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
Métodos de Medida de Flujo por Diferencial de Presión: Teorema de Bernoulli
P1 P2
d1 d2
𝛽 =𝑑2
𝑑1
Principios de Medida - Flujo
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
Métodos de Medida de Flujo por Diferencial de Presión: Teorema de Bernoulli:
𝑣2 =2 𝛥𝑃
𝜌 1− 𝑑2
2
𝑑12
2 𝑣2 =2 𝛥𝑃
𝜌 1− 𝑑2𝑑1
4
Finalmente, si observamos que 𝛽 = 𝑑2
𝑑1 , entonces:
𝑣2 =2 𝛥𝑃
𝜌 1 − 𝛽4
Principios de Medida - Flujo
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
Métodos de Medida de Flujo por Diferencial de Presión: Teorema de Bernoulli:
La fórmula final de flujo es:
𝑄 = 𝐴2𝑣2 = 𝐴2
2 𝛥𝑃
𝜌 1 − 𝛽4
Principios de Medida - Flujo
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
Métodos de Medida de Flujo por Diferencial de Presión: Ejemplo: En una placa con orificio, se produce un diferencial de 200 in H2O (𝛥P). El diámetro interno de la tubería (d1) es de 2 in., mientras que el diámetro del orificio (d2) es de 1.5 in. El fluido tiene una densidad (𝜌) de .033 lb/in3. ¿Cuál es el flujo es gpm?
A2 = π r2 𝛽 = 𝑑2
𝑑1 𝛥P = 200 in H2O
A2 = (3.14)(.375) 𝛽 = 1.5
2 𝛥P = 200/27.74
A2 = 1.18 in2 𝛽 = .75 𝛥P = 7.21 psi
Q = 1.18 ⋅ (2)(7.21)
(.033)(1 − .754)
Principios de Medida - Flujo
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
Métodos de Medida de Flujo por Diferencial de Presión: Ejemplo: En una placa con orificio, se produce un diferencial de 200 in H2O (𝛥P). El diámetro interno de la tubería (d1) es de 2 in., mientras que el diámetro del orificio (d2) es de 1.5 in. El fluido tiene una densidad (𝜌) de .033 lb/in3. ¿Cuál es el flujo es gpm?
Q = 1.18 ⋅ (14.42)
(.033)(1 −.32) Q = 1.18 ⋅
(14.42)
.033 (.68)
Q = 1.18 ⋅ 642.6
Principios de Medida - Flujo
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
Métodos de Medida de Flujo por Diferencial de Presión: Ejemplo: En una placa con orificio, se produce un diferencial de 200 in H2O (𝛥P). El diámetro interno de la tubería (d1) es de 2 in., mientras que el diámetro del orificio (d2) es de 1.5 in. El fluido tiene una densidad (𝜌) de .033 lb/in3. ¿Cuál es el flujo es gpm?
Q = 1.18 ⋅ 642.6
Q = 1.18 ⋅ 25.35 Q = 29.91 in3/s
Q = 29.91 in3/s (60 s/231 in3)
Q = 7.77 gpm
Principios de Medida - Flujo
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
Métodos de Medida de Flujo por Diferencial de Presión: Ventajas:
Bajo costo
Simplicidad de operación
No depende de conductividad
Acepta fluidos corrosivos
Resiste altas temperaturas
Se puede remplazar transmisor sin interrumpir procesos
No contiene partes movibles
Desventajas:
Necesita tramos largos de tubería
Caída de presión mayor
Necesita extraer la raíz cuadrada
No ideal para viscosidades altas
No ideal para medición de flujo de gases
Principios de Medida - Flujo
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
Métodos de Medida de Flujo por Diferencial de Presión: Interpolación de señales de flujo ∆𝑝: Para interpolar señales de flujo ∆𝑝, es necesario
aplicar la raíz cuadrada de ∆𝑝:
Como se observa, la respuesta no es lineal
0 25 50 75 100
4 mA 12 mA 15.31 mA 17.86 mA 20 mA
∆𝑝 (𝑒𝑛 𝑖𝑛 𝐻2𝑂)
Rango de Instrumentación
Principios de Medida - Flujo
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
Métodos de Medida de Flujo por Diferencial de Presión: Interpolación de señales de flujo ∆𝑝: Para extraer la raíz cuadrada de ∆𝑝, es necesario
llevar a cabo la siguiente operación: Digamos que el rango del orificio es de 0-100 in H2O y
que la lectura es de 65 in H2O:
20 − 4
100 − 0=
20 − 𝑥
100 − 65
16
10=
20 − 𝑥
10 − 8.06
1.6 1.94 = 20 − 𝑥 𝑥 = 20 − 3.10
𝒙 = 𝟏𝟔. 𝟗 𝒎𝑨
Principios de Medida - Flujo
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
Método de Diferencial de Presión de Medida de Flujo:
Transmisor de Flujo:
Orificio Integral con Transmisor de
Presión Diferencial
Principios de Medida - Flujo
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
Método Ultrasónico de Medida de Flujo: Método “Transit Time”:
Ondas ultrasónicas son transmitidas en la dirección del flujo
Estas ondas son aceleradas levemente por la velocidad del fluido en la tubería
Cuando la onda es transmitida en la dirección opuesta, el flujo del fluido causa
que esta onda decelere.
La diferencia en tiempo es directamente proporcional a la velocidad del fluido
en la tubería. Midiendo la velocidad y conociendo el área de la tubería, se puede
calcular fácilmente el flujo volumétrico
Método Efecto “Doppler”: Un metro de flujo Doppler opera bajo el principio de desplazamiento Doppler
Esta operación funciona cuando la frecuencia transmitida es alterada
linealmente al ser reflejada por partículas y burbujas en el fluido
Esta señal es recogida por un sensor recibidor
La velocidad del fluido en la tubería es directamente proporcional al cambio en
frecuencia entre las señales transmitida y reflejada
Con tener conocimiento del tamaño de la tubería, los circuitos electrónicos del
equipo puede correlacionar la velocidad del fluido con el flujo volumétrico
Principios de Medida - Flujo
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
Método Ultrasónico de Medida de Flujo:
La onda ultrasónica viaja por el fluido.
La onda que produce el emisor es reflejada por el lado opuesto de la tubería y
recibida por el electrodo receptor. El tiempo que tarda esa onda en llegar es la
misma cuando el flujo es cero.
Al comenzar el flujo,la onda ultrasónica es acelerada levemente por el fluido en
movimiento. Esto reduce el tiempo en que tarda en llegar al electrodo receptor.
Este cambio en tiempo es directamente proporcional a la velocidad
Conociendo el diámetro de la tubería, podemos saber el flujo:
Q = Área · velocidad
Electrodo A Electrodo B
FLUJO
Principios de Medida - Flujo
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
Método Ultrasónico de Medida de Flujo:
Electrodo Emisor Electrodo Receptor
FLUJO
Flujo Bajo Mientras menor sea el flujo, mayor será el tiempo de
tránsito de la onda
Principios de Medida - Flujo
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
Método Ultrasónico de Medida de Flujo:
Electrodo Emisor Electrodo Receptor
FLUJO
Flujo Alto Mientras mayor sea el flujo, menor será el tiempo de
tránsito de la onda
Principios de Medida - Flujo
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
Método Ultrasónico de Medida de Flujo:
Para diámetros grandes o con superficies no-reflectivos, se utiliza el arreglo
que se observa en la figura
Electrodo Emisor
Electrodo Receptor
FLUJO
Principios de Medida - Flujo
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
Método Ultrasónico de Medida de Flujo:
Principios de Medida - Flujo
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
Método Ultrasónico de Medida de Flujo:
Principios de Medida - Flujo
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
Método Ultrasónico de Medida de Flujo:
Ventajas:
No tiene contacto con el fluido
Con fluidos homogéneos, este principio es independiente de la
presión, temperatura, conductividad y viscosidad
Util para diámetros grandes (15” o más)
Ideal para fluidos altamente corrosivos
Es una medida no-invasiva, por lo tanto no hay caída de presión
No contiene partes movibles
Desventajas:
Fluido debe conductividad moderada o alta. No puede usarse con
agua ultra-pura
Precisión moderada
No resiste temperaturas altas
Principios de Medida - Flujo
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
Método Ultrasónico de Medida de Flujo:
Principios de Medida - Flujo
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
Método Electro-Magnético de Medida de Flujo: La Ley de Inducción de Faraday indica que un conductor en movimiento dentro de un campo magnético induce un voltaje eléctrico Mientras más rápido este movimiento, mayor será el voltaje inducido La velocidad resultante está dada por la siguiente ecuación de Faraday:
Voltaje Inducido = Ue Ue = B · L · v Donde: B = Fuerza del campo Magnético L = Distancia entre los Electrodos de Medición v = velocidad ∴ velocidad = Ue / (B · L)
Las bobinas que crean el campo magnético están en lados opuestos de la tubería, mientras que los electrodos que recogen el voltaje inducido están situados en lados opuestos, pero perpendicular a las bobinas. Al tener el fuido sin movimiento, no se induce voltaje, ya que la Ley de Faraday nos indica que éste debe estar en movimiento. Al comenzar a moverse el fluido, el voltaje inducido es proporcional a la velocidad del fluido. Conociendo el diámetro de la tubería, podemos saber el flujo:
Q = Área · velocidad = A · [Ue / (B ·L)]
Principios de Medida - Flujo
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
Método Electro-Magnético de Medida de Flujo:
Q = Área · velocidad Q= Área ∙ [Ue/(B ·L)]
Bobinas que producen Campo Magnético
Electrodos que miden el Voltaje Inducido
Campo Magnético (B) Distancia entre Electrodos (L)
Voltaje Inducido (Ue)
Principios de Medida - Flujo
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
Método Electro-Magnético de Medida de Flujo:
Bobinas que producen Campo Magnético
Electrodos que miden el Voltaje Inducido
Principios de Medida - Flujo
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
Método Electro-Magnético de Medida de Flujo:
Principios de Medida - Flujo
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
Método Electro-Magnético de Medida de Flujo:
Ventajas:
No tiene contacto con el fluido
Con fluidos homogéneos, este principio es independiente de la
presión, temperatura, conductividad y viscosidad
Se puede medir fluidos con sólidos
No necesita tramos largos de tubería
Es una medida no-invasiva, por lo tanto no hay caída de presión
No contiene partes movibles
Desventajas:
Fluido debe conductividad moderada o alta. No puede usarse con
agua ultra-pura
Lectura puede afectarse con campos magnéticos cercanos
Principios de Medida - Flujo
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
Método Electro-Magnético de Medida de Flujo:
Principios de Medida - Flujo
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
Método Vortex de Medida de Flujo:
El principio de operación de este método está basado en el hecho de
que se forman vórtices en el flujo luego de pasar por una obstrucción en
la tubería. Este fenómeno es conocido como el Kármán Vortex Street
Cuando un fluido pasa por un objeto contundente, dentro del tubo de
medición, se forman vórtices alternándose en ambos lados
La frecuencia con que se forman estos vórtices es directamente
proporcional a la velocidad promedio del fluido
Al formarse éstos vórtices, se producen zonas de baja presión
asociadas
Estas zonas de baja presión son detectadas por un sensor capacitivo
y es convertido a una señal para ser procesada por la electrónica del
sensor
Al añadir un sensor de temperatura, se puede computar el flujo másico
del fluido
Principios de Medida - Flujo
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
Método Vortex de Medida de Flujo:
Objeto Contundente Vórtices Sensor
Flujo
Principios de Medida - Flujo
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
Método Vortex de Medida de Flujo:
Efecto Vortex
Principios de Medida - Flujo
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
Método Vortex de Medida de Flujo:
Efecto Vortex
Objeto Contundente
Vórtices
Principios de Medida - Flujo
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
Método Vortex de Medida de Flujo:
Ventajas:
Aplica tanto para líquidos como para gases
No afectado por temperatura, presión ni viscosidad
Caída de presión baja
Precisión de 0.75%
Resiste temperaturas altas
Desventajas:
Necesita tramos largos de tubería
No se puede utilizar para medir fluidos con viscosidades altas
Principios de Medida - Flujo
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
Método Vortex de Medida de Flujo:
Principios de Medida - Flujo
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
Método Dispersión Térmica de Medida de Flujo:
El principio de operación de este método está basado en la remoción de energía térmica que ocasiona un fluido al pasar por un objeto a gran temperatura La cantidad de energía removida es directamente proporcional a la cantidad de masa pasando por el objeto En un metro de flujo por dispersión térmica, el fluido tiene que pasar por dos (2) sensores de temperatura. Un sensor está midiendo la temperatura del proceso, mientras que la otra es un elemento calentador que recibe un voltaje para mantenerlo una temperatura constante. Mientras mayor es la masa que pasa por los elementos, mayor será la cantidad de energía necesaria para mantenerse a una temperatura constante La medida de este energía (en watts) es directamente proporcional al flujo
Principios de Medida - Flujo
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
Método Dispersión Térmica de Medida de Flujo:
FLUJO
Elemento de Temperatura para medir Proceso
Elemento de Temperatura para medir Potencia
Principios de Medida - Flujo
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
Principios de Medida - Flujo Método Dispersión Térmica de Medida de Flujo:
Principios de Medida - Flujo
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
Principios de Medida - Flujo
Ventajas:
No tiene partes movibles
Medición directa de flujo de masa
Es una medida no-invasiva, por lo tanto no hay caída de presión
Respuesta rápida a cambios de flujo
Ideal para tuberías grandes o ductos grandes
Desventajas:
No ideal para fluidos corrosivos
Calibración complicada
Gases deben ser homogéneos
Método Dispersión Térmica de Medida de Flujo:
Principios de Medida - Flujo
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
Principios de Medida - Flujo Método Dispersión Térmica de Medida de Flujo:
Principios de Medida - Flujo
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
Principios de Medida - Flujo Método Coriolis de Medida de Flujo:
Si una masa en movimiento se somete a una oscilación perpendicular
a su dirección de movimiento, ocurre una fuerza de Coriolis que
depende de la cantidad de la masa.
En un metro de flujo másico de Coriolis, el fluido pasa por tubos
oscilantes de medición para medir este efecto con precisión
Las fuerzas de Coriolis se generan cuando un fluido (masa) fluye a
través de estos tubos oscilantes. Sensores en la entrada y salida
registran el desplazamiento de fase resultante de la geometría de
oscilación del tubo
El procesador analiza esta información y la utiliza para calcular el flujo
de masa
La frecuencia de oscilación de los propios tubos de medición, por otra
parte, es una medida directa de la densidad de los fluidos
La temperatura del tubo de medición también está registrada para
compensar el efecto térmico. Esta señal corresponde a la temperatura del proceso y también está disponible como una señal de salida
Principios de Medida - Flujo
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
Principios de Medida - Flujo Método Coriolis de Medida de Flujo:
Tubería sin Flujo
Tubería con Flujo
Principios de Medida - Flujo
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
Principios de Medida - Flujo Método Coriolis de Medida de Flujo:
Tubería sin Flujo Tubería con Flujo
Principios de Medida - Flujo
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
Principios de Medida - Flujo Método Coriolis de Medida de Flujo:
Ventajas:
Medición directa de flujo de masa sin necesidad de compensación
por presión ni temperatura
Este principio es independiente de viscosidad y densidad
Alta precisión (0.1%)
No necesita tramos largos de tubería
Desventajas:
Inversión inicial alta
Alto costo de instalación
No permite el uso de fluido multi-fase
Principios de Medida - Flujo
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
Principios de Medida - Flujo Método Coriolis de Medida de Flujo:
Principios de Medida - Flujo
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
Principios de Medida - Flujo
http://instrumentacionhuertas.wordpress.com
¿Preguntas, dudas, comentarios?
Top Related