Práctica 2 laboratorio Instrumentación Industrial Ing. Omar Trejo Narváez PRACTICA No. 02 – Medida de caudal (flujo) Definición de caudal • En dinámica de fluidos, caudal es la cantidad de fluido que circula a través de una sección del ducto (tubería, cañería, oleoducto, río, canal,…) por unidad de tiempo. Si denominamos al caudal Q, al volumen V y al tiempo t, entonces: Q=v/t V=S·d Q = m2 · m/s = m3/s (en SI) PRACTICA No. 02 – Medida de caudal (flujo) Medidas de caudal La elección de un caudalímetro para una aplicación suele ser una tarea delicada. Como en otro tipo de instrumentación, es necesario tener en cuenta factores de proceso: tipo de fluido (gas o líquido, mezcla, composición química), condiciones (rango de velocidades, dirección de flujo, temperaturas, densidades, etc). PRACTICA No. 02 – Medida de caudal (flujo) Rotámetro. Consiste en un tubo transparente graduado cuya área crece ligeramente desde la base. En su interior, por donde se hace circular el flujo hacia arriba, hay un flotador de diámetro algo menor al tubo cónico. A determinada altura, la fuerza de empuje del fluido contrarresta la gravedad. No son equipos precisos, pero sí robustos, por lo que se emplean en aplicaciones donde se requiere asegurar el paso del líquido o gas. PRACTICA No. 02 – Medida de caudal (flujo) De molino o paletas. Tienen en su interior unas aspas que giran a velocidad aproximadamente proporcional al caudal, dentro del rango de aplicación. Se le incorpora un mecanismo de conteo de revoluciones, generalmente uno o varios imanes en el rotor y bobinas o sondas de efecto Hall en el exterior. Son fiables, pero acusan desgaste por la presencia de elementos móviles. Una variante de estos equipos son los caudalímetros de turbina. Otra, para la velocidad del aire en campo abierto, son los anemómetros. Caudalímetro de paletas Anemómetro PRACTICA No. 02 – Medida de caudal (flujo) De desplazamiento positivo. El fluido empuja un elemento en una cavidad con dimensiones determinadas, y se mide el caudal según ciclos de operación. Pueden ser de pistón, de engranajes, o de tornillo, según el elemento que se desplace. El conteo se realiza con sistemas similares a los de paletas. Engranajes Tornillo PRACTICA No. 02 – Medida de caudal (flujo) De presión diferencial. Se construyen instalando un transmisor de presión diferencial entre ambos lados de un estrechamiento de la tubería, como puede ser un disco de orificio. El caudal es proporcional a la raíz de la medida de presión. Este sistema es muy empleado por ser robusto y económico. Una variante suya son los caudalímetros con cono de V, donde el estrechamiento lo produce un cono en el interior de la tubería. Caudalímetro de presión diferencial Cono de V PRACTICA No. 02 – Medida de caudal (flujo) De presión diferencial. También usan la medida de presión, aunque sin introducir apenas estrechamiento en la tubería, los tubos Pitot. Miden la diferencia entre dos puntos a diferente distancia del centro y la traducen a velocidad aplicando la ecuación de Bernoulli. Tubo Pitot Ecuación de Bernoulli Presión, energía cinética y energía potencial V=Qt∙A Flujo de aire a través de un medidor de Venturi. La energía cinética aumenta a expensas de la presión del fluido , como lo demuestra la diferencia de altura de las dos columnas de agua h1 y h2). Otros dispositivos Por diferencial de temperatura. Estos equipos introducen una pequeña resistencia calefactora en el fluido, y se mide el aumento de temperatura en su proximidad. El caudal es inversamente proporcional a la diferencia. Se mide caudal másico, poco afectados por cambios de presión. Caudalímetro térmico Otros dispositivos Magnéticos. Su principio es de aplicación a fluidos conductivos, como el agua. Se genera un campo magnético perpendicular al flujo, cuyo desplazamiento de carga induce un campo eléctrico proporcional al caudal, por la ley de Faraday. No se produce ninguna pérdida de carga. Como inconveniente, el ya mencionado de que requieren un fluido conductivo. Caudalímetro magnético Otros dispositivos Ultrasónico. Emiten un sonido de alta frecuencia que se recibe algo más adelante o atrás en el sentido de desplazamiento. El efecto Doppler hace que la frecuencia con que se detecta varíe proporcionalmente con el caudal. Como gran ventaja, no son invasivos y pueden instalarse externamente a la tubería. Requieren condiciones de flujo laminar, por lo que precisan un tramo largo de tubería para evitar turbulencias. Caudalímetro ultrasónico Referencias • https://www.iagua.es/blogs/miguel-angel-mongeredondo/fundamentos-basicos-hidraulica-i • https://josecasares.com/medida-de-caudal/ • http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/pber.html
