Tipos de medidores de caudal: Una comparación

4.4. Medición de caudal.

Introducción

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.

En este estudio se examinan los conceptos básicos de la medida de caudal y las características de los instrumentos de medida. Entré los principales medidores que se estudian se citan, en primer lugar, los medidores de presión diferencial. Después se estudian los medidores con accionamiento mecánico, es decir, los medidores de desplazamiento positivo y los medidores de tipo turbina, para finalizar con los medidores de caudal de tipo electromagnético y los medidores de tipo ultrasónico. Aquí se clasifican y describen sucintamente los dispositivos más utilizados para la medida de caudales que circula por una conducción, que en realidad se basan en la medida de velocidades por las que el fluido circula por una conducción. En la mayoría de estos instrumentos, el caudal se calcula de forma indirecta mediante el cálculo directo de la diferencia de presión que se produce en el mismo.

Existen instrumentos que miden la velocidad local en un punto de la conducción, y equipos que miden la velocidad media a su paso por una sección

Definición:

CAUDAL

Decimos que un río es caudaloso cuando trae mucha agua. El concepto de caudal entonces, ya sea para el agua, el aceite o el aire (en general para cualquier fluido) está relacionado con la cantidad de fluido que se mueve por unidad de tiempo. Más específicamente, el caudal es el volumen de fluido que pasa por un área dada en la unidad de tiempo.

Unidades empleadas

El caudal corresponde a un volumen de agua por unidad de tiempo , siendo las unidades de medición más utilizada las siguientes:

Litros por segundo = L/s

Litros por minuto = L/min

Litros por hora = L/h

Metros cúbicos por hora = m^3/ h

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.

El caudal es la variable de proceso básica más difícil de medir.

Flujo a través de restricciones ecuaciones:

CC

Clasificación:

El presente artículo trata de los diversos métodos para la medición del caudal líquido. Existe una primera clasificación de los métodos de medición según se trate de la medición del caudal en un flujo a la presión atmosférica, o de un flujo a presiones superiores a la presión atmosférica, es decir en tuberías.

Medición del caudal en corrientes libres

La medición del caudal en ríos, arroyos y canales se puede hacer con base en los siguientes procedimientos:

Procedimientos basados en la geometría de la sección y en la velocidad media del flujo

Para aplicar este procedimiento se debe conocer exactamente la geometría de la sección en la cual se efectuará la medición, lo cual permite conocer el área A (h) que corresponde a la altura h, y se debe determinar en la forma más precisa posible:

El nivel del agua en la sección, h

La velocidad media del fluido en la sección, Vmedia

Como consecuencia, el caudal Q será igual a: Vmedia * A (h)

Una vez conocidas varias parejas de datos [h - Vmedia], se dice que la sección ha sido calibrada, y se puede determinar una fórmula empírica de transformación de nivel en caudal. A partir de este momento, y mientras la sección no se modifique, se puede estimar el caudal midiendo el nivel del agua en la sección, y utilizando la ecuación de transformación. Las ecuaciones de transformación son más precisas para secciones regulares, cuya geometría sea próxima a la de un rectángulo, un triángulo o un trapecio. Por esa razón, cuando es compatible con los costos, se introducen en los canales, secciones específicas para la medición del caudal.

Procedimientos para determinar la velocidad media del agua en un flujo

Mediante el uso de correntómetro;

Mediante el uso de instrumentos basados en el efecto Doppler;

Mediciones mediante el tubo de Pitot;

Procedimientos basados en la dilución de trazadores

Para la determinación del caudal, se puede utilizar también un trazador químico o atómico, para determinar el grado de dilución alcanzado y, por lo tanto, el volumen en el cual se ha diluido.

Medición del caudal en tuberías

En el caso de tuberías, la sección transversal es conocida con la suficiente precisión. Para la medición de la velocidad se utilizan, entre otros los siguientes procedimientos:

Mediante el uso de correntómetro;

Mediante el uso de instrumentos basados en el efecto Doppler;

Mediciones mediante el tubo de Pitot;

Introduciendo un estrangulamiento del tubo, el que puede ser gradual, mediante una pieza especial denominada Tubo de Venturi; o abrupta, mediante la inserción de un diafragma.

Tipos de Medidores de Caudal.

La medida de caudal en conducciones cerradas, consiste en la determinación de la cantidad de masa o volumen que circula por la conducción por unidad de tiempo.

Los instrumentos que llevan a cabo la medida de un caudal se denominan, habitualmente, caudalímetros o medidores de caudal, constituyendo una modalidad particular los contadores, los cuales integran dispositivos adecuados para medir y justificar el volumen que ha circulado por la conducción.

Instrumentos empleados para la medicion

Principales medidores de presión diferencial:

La fórmula para el caudal para este tipo de funcionamiento se deduce de la aplicación del teorema de Bernouilli. Este teorema relaciona la energía cinética, la potencial y la presión de un fluido en diferentes puntos de la vena fluida. Mediante la interposición de un Diafragma, una Tobera, un tubo Venturi, un tubo Pitot o un tubo Annubar, se puede relacionar el cambio de velocidad y presión que experimenta el fluido con el caudal.

Entre los principales tipos de medidores de presión diferencial se pueden destacar los siguientes:

Placas de orificio,

Toberas,

Tubos Venturi,

Tubos Pitot,

Tubos Annubar,

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.

Las principales ventajas de dichos medidores son:

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, y

hay abundantes publicaciones sobre sus diferentes usos.

Sus principales desventajas son:

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.

Tubo Venturi.

El tubo Venturi es similar a la placa orificio, pero está diseñado para eliminar la separación de capas próximas a los bordes y por lo tanto producir arrastre. El cambio en la sección transversal produce un cambio de presión entre la sección convergente y la garganta, permitiendo conocer el caudal a partir de esta caída de presión. Aunque es más caro que una placa orificio, el tubo Venturi tiene una caída de presión no recuperable mucho menor.

En la figura se muestra el perfil de un tubo venturi clásico, donde se puede apreciar la disposición de las tomas de presión para determinar la presión diferencial.

Como se aprecia en la imagen se pueden destacar tres partes fundamentales:

a) una sección de entrada cónica convergente en la que la sección transversal disminuye, lo que se traduce en un aumento de la velocidad del fluido y una disminución de la presión;

b) una sección cilíndrica en la que se sitúa la toma de baja presión, y donde la velocidad del fluido se mantiene prácticamente constante

c) una tercera sección de salida cónica divergente en la que la sección transversal aumenta, disminuyendo la velocidad y aumentando la presión. La incorporación de esta sección de salida permite una recuperación de la mayor parte de la presión diferencial producida y, por tanto, un ahorro de energía.

Tubo pitot.

Se trata de un dispositivo sumamente simple para medir la presión cinética.

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