Medicion De Caudal

OBJETIVO GENERAL

Reconocer los diferentes instrumentos empleados para medir caudal.

Objetivos Específicos:

1. Identificar los elementos primarios para el método por presión diferencial.

2. Comprobar el principio físico de funcionamiento de cada uno de los medidores empleados.

3. Aplicar normas de instalación.

4. Utilizar cada uno de estos instrumentos en la medición de caudal de agua.

NOTAS:

- El diámetro del orificio de la platina es 1.663 cm., la tubería es de 2 pulgadas, Schedule 40. La platina es de acero inox. 304, las tomas son en la vena contracta.

- Los diámetros del Vénturi son: D=20.3mm y d=13.2mm.

Sección A: Medición de caudal por el método de presión diferencial utilizando tubo Vénturi y platina de orificio.

PROCEDIMIENTO

1. Elaborar el diseño de instrumentación y proceso para determinar el caudal empleando un tubo en U con mercurio.

2. Establecer un procedimiento para realizar la medición.

3. Permita que el agua circule a través de la platina de orificio y el tubo Vénturi.

4. Mida la presión diferencial en el tubo en U.

5. Calcule el caudal que fluye mediante un aforo.

6. Calcule el caudal en función del factor S (“Spink”).

7. Calcule el caudal según la ecuación de continuidad y “Bernoulli”.

CUESTIONARIO PARA ANTES DE LA PRÁCTICA

a. Que es un aforo y cuáles son los pasos para realizar un aforo.

b. Definir capacitancia aplicando el concepto para un tanque.

c. Explique el principio de funcionamiento de la platina de orificio.

d. Como se calcula el caudal por presión diferencial según “Bernoulli”?

e. Como se calcula el caudal por presión diferencial según “Spink”?

f. Explique el principio de funcionamiento de un rotámetro.

g. Explique el principio de funcionamiento de un medidor magnético de caudal.

SOLUCION TALLER ANTES DE LA PRÁCTICA

Es la operación de medición del volumen del aguan u otro fluido a un tiempo determinado. Esto es, el caudal que pasa por una sesión del curso del agua.

Queremos demostrar aquí un ejemplo común de aforo:

MÉTODOS DE AFORO DE CORRIENTES NATURALES DE AGUA MÁS UTILIZADOS.

AFORO VOLUMÉTRICO. Se aplica generalmente en los laboratorios de hidráulica, ya que solo es funcional para pequeños caudales; sin embargo se pueden implementar también en pequeñas corrientes naturales de agua. Fig 1 y 2

Fig 1. Instalación temporal para Fig 2. Instalación para un aforo Volumétrico con vertedero. Volumétrico.

El aforo volumétrico consiste en medir el tiempo que gasta el agua en llenar un recipiente de volumen conocido para lo cual, el caudal es fácilmente calculable con la siguiente ecuación: Q=V/t.

AFORO CON VERTEDEROS Y CANALETAS. Se utilizan principalmente en la medición de caudales en pequeñas corrientes, en canales artificiales y de laboratorio; su uso en corrientes naturales es muy restringido. Un funcionamiento típico de un vertedero para aforar corrientes naturales se muestra en la Fig 3.

Fig. 3. Secciones de control artificiales para aforar corrientes naturales.

AFORO CON TUBO DE PITOT. Su mayor aplicación se encuentra en la medición de velocidades en flujo a presión, es decir, flujos en tuberías. Sin embargo, también se utiliza en la medición de velocidades en canales de laboratorio y en pequeñas corrientes naturales. Es tubo de pitot permite medir la velocidad de la corriente a diferentes profundidades, por lo cual se puede conocer la velocidad media en la sección, que multiplicada por el área de ésta, produce el caudal de la corriente.

AFORO CON TRAZADORES FLUORESCENTES 0 COLORANTES. El empleo de colorantes para medir la velocidad del flujo en corrientes de agua es uno de los métodos más sencillos y de mayor éxito. Una vez elegida la sección de aforo, en la que el flujo es prácticamente constante y uniforme se agrega el colorante en el extremo de aguas arriba y se mide el tiempo de llegada al extremo de aguas abajo. Conocida la distancia entre los dos extremos de control, se puede dividir esta por el tiempo de viaje del colorante, obteniéndose así la velocidad superficial o subsuperficial de la corriente liquida. La velocidad media de flujo se obtendrá dividiendo la distancia entre los dos extremos o puntos de control, por el tiempo medio de viaje.

AFOROS CON TRAZADORES QUÍMICOS Y RADIOACTIVOS. Es un método muy adecuado para corrientes turbulentas como las de montañas. Estos trazadores se utilizan de dos maneras: como aforadores químicos, esto es, para determinar el caudal total de una corriente y como medidores de velocidad de flujo.

En los aforos químicos y radioactivos, se inyecta una tasa constante qt, de la sustancia química, radioactiva o trazador, de concentración conocida, Cti, a la corriente cuyo caudal, Q, desee determinarse y cuya concentración de la sustancia, Ca , en la corriente, también se conoce. A una distancia corriente abajo, suficientemente grande para asegurar que se han mezclado totalmente el trazador y el agua, se toman muestras de ésta, y se determina la concentración de la sustancia química o radioactiva, Ct. ( Fig 4 )

Fig.4. Procedimiento de inyección y hago un muestreo en un aforo con trazador.

El caudal de la corriente se puede determinar, entonces, empleando la siguiente ecuación.

AFORO CON FLOTADORES. Son los más sencillos de realizar, pero también son los más imprecisos; por lo tanto, su uso queda limitado a situaciones donde no se requiera mayor precisión. Con este método se pretende conocer la velocidad media de la sección para ser multiplicada por el área, y conocer el caudal, según la ecuación de continuidad.

Q = velocidad *área

Para la ejecución del aforo se procede de la siguiente forma. Se toma un techo de la corriente de longitud L; se mide el área A, de la sección, y se lanza un cuerpo que flote, aguas arriba de primer punto de control, y al paso del cuerpo por dicho punto se inicia la toma del tiempo que dura el viaje hasta el punto de control corriente abajo. Como se muestra en la siguiente figura.

Fig. 5. Esquema ilustrativo para aforo con flotador.

AFORO CON MOLINETE O CORRENTÓMETRO. El principio de la medición de velocidad con molinete es el siguiente: Supóngase un molinete puesto en un punto de una corriente que tiene una velocidad V. La longitud S, es el recorrido de una partícula fluida moviéndose a lo largo del contorno completo de la línea que determina una vuelta de la hélice. La situación es análoga al suponer quieta el agua y el molinete desplazándose

a través de ésta con velocidad V. Para un desplazamiento S, la hélice también dará una vuelta.

CAPACITANCIA:

Se define como la razón entre la magnitud de la carga de cualquiera de los conductores y la magnitud de la diferencia de potencial entre ellos.

La capacitancia tiene la unidad del SI coulomb por volt. La unidad de capacitancia del SI es el farad (F), en honor a Michael Faraday.

CAPACITANCIA = 1F = 1 C

El farad es una unidad de capacitancia muy grande. En la práctica los dispositivos comunes tienen capacitancia que varían de microfarads a picofarads.

La capacitancia de un dispositivo depende entre otras cosas del arreglo geométrico de los conductores.

PLATINA DE ORIFICIO:

Consiste en una placa reforzada que se instala en la tubería, el orificio que posee es una abertura cilíndrica o prismática a traves de la cual fluye el fluido.

El orificio es normalizado, la característica de este borde es que el chorro que este genera no toca en su salida de nuevo la pared del orificio. El caudal se puede determinar por medio de las lecturas de presión diferencial.

La concéntrica sirve para líquidos.

Excéntrica para los gases donde los cambios de presión implican condensación.

Cuando los fluidos contienen un alto porcentaje de gases disueltos.

La ecuación de Bernoulli es una de la más útiles y famosas en la mecánica de fluidos y su principio físico es utilizado para medir el caudal.

El teorema de Bernoulli eestablece que la energía mecánica de un fluido, medida por energía potencial gravitacional, la cinética y la de la presión es constante.

LOS ROTÁMETROS:

Son dispositivos cuya indicación es esencialmente lineal con el caudal.

Estos son instrumentos de área variable comúnmente llamados rotámetros.

Están compuestos por dos partes principales, un tubo cónico y un flotador libre de movimiento cuya posición dentro del tubo es proporcional al flujo del fluido.

La parte anterior del rotámetro es de vidrio y posee una escala graduada en la

Que puede leerse directamente el valor del caudal, de acuerdo a la posición del

Flotador.

A los rotámetros se les puede acoplar un transductor eléctrico de manera de obtener una tensión

...