En la mayor parte de las operaciones realizadas en los procesos industriales y en las efectuadas en laboratorio y en plantas piloto es muy importante la medición de caudales de líquidos y gases.
La selección eficaz de un medidor de caudal exige un conocimiento práctico de la tecnología del medidor, además de un profundo conocimiento del proceso y del fluido que se quiere medir. Cuando la medida del caudal se utiliza con el propósito de facturar un consumo, deberá ser lo más precisa posible, teniendo en cuenta el valor económico del fluido que pasa a través del medidor, y la legislación obligatoria aplicable en cada caso.
MEDIDOR DE CAUDAL
Es un dispositivo que, instalado en una tubería, permite conocer el flujo volumétrico o caudal que está circulando por la misma, parámetro éste de muchísima importancia en aquellos procesos que involucran el transporte de un fluido. La mayoría de los medidores de caudal se basan en un cambio del área de flujo, lo que provoca un cambio de presión que puede relacionarse con el caudal a través de la ecuación de Bernoulli.
Tipos de Medidores de Caudal
Los instrumentos que llevan a cabo la medida de un caudal se denominan, habitualmente, caudalímetros o medidores de caudal, en los cuales se integran dispositivos adecuados para medir y justificar el volumen que ha circulado por la conducción.
Es necesario señalar que la medida de caudal volumétrico en la industria se lleva a cabo principalmente con elementos que dan lugar a una presión diferencial al paso del fluido.
Presión diferencial es la diferencia de presiones provocada por un estrechamiento en la tubería por donde circula el fluido, su valor es mayor que la pérdida de carga real que debe compensar el sistema de bombeo del fluido
Entre estos elementos se encuentran:
Placas de orificio
Toberas
Tubos Venturi
Tubos Pitot
Tubos Annubar
Medidor de Codos
Medidores de área variable
Medidores de placa
Se estima que, actualmente, al menos un 75% de los medidores industriales en uso son dispositivos de presión diferencial, siendo el más popular la placa de orificio.
Ventajas:
su sencillez de construcción, no incluyendo partes móviles
su funcionamiento se comprende con facilidad
no son caros, particularmente si se instalan en grandes tuberías y se comparan con otros medidores
pueden utilizarse para la mayoría de los fluidos
hay abundantes publicaciones sobre sus diferentes usos
Desventajas:
la amplitud del campo de medida es menor que para la mayoría de los otros tipos de medidores
pueden producir pérdidas de carga significativas
la señal de salida no es lineal con el caudal
deben respetarse unos tramos rectos de tubería aguas arriba y aguas abajo del medidor que, según el trazado de la tubería y los accesorios existentes, pueden ser grandes
pueden producirse efectos de envejecimiento, es decir, acumulación de depósitos o la erosión de las aristas vivas,
la precisión suele ser menor que la de medidores más modernos, especialmente si, como es habitual, el medidor se entrega sin calibrar
PLACA ORIFICIO
En una placa perforada que se instala en la tubería, el orificio que posee es una abertura cilíndrica o prismática a través de la cual fluye el fluido. El orificio es normalizado, la característica de este borde es que el chorro que éste genera no toca en su salida de nuevo la pared del orificio. El caudal se puede determinar por medio de las lecturas de presión diferenciales. Dos tomas conectadas en la parte anterior y posterior de la placa captan esta presión diferencial.
Es el elemento primario para la medición de flujo más sencillo, es una lámina plana circular con un orificio concéntrico, excéntrico o segmentado y se fabrica de acero inoxidable.
Desventajas:
Es inadecuada en la medición de fluidos con sólidos en suspensión
No conviene su uso en medición de vapores, se necesita perforar la parte inferior
El comportamiento en su uso con fluidos viscosos es errático ya que la placa se calcula para una temperatura y una viscosidad dada
Produce las mayores pérdidas de presión en comparación con otros elementos primarios de medición de flujos
TUBO DE PITOT
El tubo Pitot fue ideado por Henri de Pitot y mide la diferencia entre la presión total y la presión está ca, o sea, la presión dinámica, la cual es proporcional al cuadrado de la velocidad.
Es sensible a las variaciones en la distribución de velocidades en la sección de la tubería, de aquí que en su empleo es esencial que el flujo sea laminar, disponiéndolo en un tramo recto de tubería.
Se emplea normalmente para la medición de grandes caudales de fluidos limpios con una baja pérdida de carga
TUBO ANNUBAR
El Tubo Annubar es una innovación del Tubo Pitot y consta de dos tubos, el de presión total y el de presión está ca. El tubo que mide la presión total está situado a lo largo de un diámetro transversal de la tubería y consta de varios orificios de posición crítica, determinada por computador, que cubren cada uno la presión total en un anillo de área transversal de la tubería. Estos anillos tienen áreas iguales.
El Tubo Annubar es de mayor precisión que el Tubo Pitot, tiene una baja pérdida de carga y se emplea para la medida de pequeños o grandes caudales de líquidos y gases.
MEDIDOR DE CODOS
Se basa en la fuerza centrífuga ejercida por el fluido a su paso por un codo de la tubería.
Esta fuerza es proporcional al producto e inversamente proporcional al radio del codo.
El coste del elemento es bajo.
Sin embargo, como la diferencia de presiones es pequeña, su exactitud es baja y sólo se aplica cuando la precisión es su ciente y el coste de otros sistemas de medición sería muy elevado. Se han utilizado en la industria nuclear para captar las altas velocidades del fluido que se producen cuando hay una rotura en la tubería.
TUBO VENTURI
Un tubo de Venturi es un dispositivo inicialmente diseñado para medir la velocidad de un fluido aprovechando el efecto Venturi. Efectivamente, conociendo la velocidad antes del estrechamiento y midiendo la diferencia de presiones, se halla fácilmente la velocidad en el punto problema.
La aplicación clásica de medida de velocidad de un fluido consiste en un tubo formado por dos secciones cónicas unidas por un tubo estrecho en el que el fluido se desplaza consecuentemente a mayor velocidad.
La presión en el tubo Venturi puede medirse por un tubo vertical en forma de U conectando la región ancha y la canalización estrecha. La diferencia de alturas del líquido en el tubo en U permite medir la presión en ambos puntos y consecuentemente la velocidad.
Cuando se utiliza un tubo de Venturi hay que tener en cuenta un fenómeno que se denomina cavitación. Este fenómeno ocurre si la presión en alguna sección del tubo es menor que la presión de vapor del fluido.
Para este tipo particular de tubo, el riesgo de cavitación se encuentra en la garganta del mismo, ya que aquí, al ser mínima el área y máxima la velocidad, la presión es la menor que se puede encontrar en el tubo.
Cuando ocurre la cavitación, se generan burbujas localmente, que se trasladan a lo largo del tubo. Si estas burbujas llegan a zonas de presión más elevada, pueden colapsar produciendo así picos de presión local con el riesgo potencial de dañar la pared del tubo.
Dado que la mayoría de las aplicaciones de los instrumentos de medición de caudales se hacen con Tubos Venturi, el uso de este tipo de tubos están mucho más plasmados en muchas más áreas como industrias, mecánica, y ahorro de energía; mientras que los medidores de placa orificio y de tobera de flujo son usados mayoritariamente para, valga la redundancia, medir caudales.
Aplicaciones del efecto Venturi en sistemas de control de proceso
Hidráulica: La depresión generada en un estrechamiento al aumentar la velocidad del fluido, se utiliza frecuentemente para la fabricación de máquinas que proporcionan aditivos en una conducción hidráulica. Es muy frecuente la utilización de este efecto Venturi en los mezcladores del tipo Z.
Motor: El carburador aspira el carburante por efecto Venturi, mezclándolo con el aire (fluido del conducto principal), al pasar por un estrangulamiento.
Acuarofilia: En las tomas de bombas de agua o filtros, el efecto Venturi se utiliza para la inyección de aire y/o CO2.
Hogar: En los equipos ozonificadores de agua, se utiliza un pequeño tubo Venturi para efectuar una succión del ozono que se produce en un depósito de vidrio, y así mezclarlo con el flujo de agua que va saliendo del equipo con la idea de destruir las posibles bacterias patógenas y de desactivar los virus y otros microorganismos que no son sensibles a la desinfección con cloro.
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