ingenieria




ROTAMETRO



Los rotámetros o flujómetros son instrumentos utilizados para medir caudales, tanto de líquidos como de gases que trabajan con un salto de presión constante. Se basan en la medición del desplazamiento vertical de un “elemento sensible”, cuya posición de equilibrio depende del caudal circulante que conduce simultá- neamente, a un cambio en el área del orificio de pasajedel fluido, de tal modo que la diferencia de presiones que actúan sobre el elemento móvil permanece prácticamente constante.

La fuerza equilibrante o antagónica en este tipo de medidores lo constituye la fuerza de gravedad que ac- túa sobre el elemento sensible construido por lo general de forma cilíndrica con un disco en su extremo, y provisto de orificios laterales por donde circula fluido queinducen una rotación alrededor de su eje para pro- pósitos de estabilidad y centrado. Existen también elementos sensibles de forma esférica, utilizados por lo general para medición de bajos caudales que carecen de rotación.

El rotámetro en su forma más simple consta de un tubo de vidrio de baja conicidad, en cuyo interior se encuentra el elemento sensible al caudal que circula por el tubo, alcual se denomina “flotador”. Bajo la acción de la corriente de líquido o gas el flotador se desplaza verticalmente, e indica sobre una escala graduada di- rectamente el caudal circulante, o un altura que sirve como dato de entrada para determinar el caudal en una curva o gráfico de calibración que debe obtenerse experimentalmente.

El principio de funcionamiento de los rotámetros se basa en elequilibrio de fuerzas que actúan sobre el flotador. En efecto, la corriente fluida que se dirige de abajo hacia arriba a través del tubo cónico del rotáme- tro, provoca la elevación del flotador hasta una altura en que el área anular comprendido entre las paredes del tubo y el cuerpo del flotador, adquiere una dimensión tal que las fuerzas que actúan sobre el mismo se equili- bran, y el flotador semantiene estable a una altura que corresponde a un determinado valor de caudal circu- lante. Las fuerzas que actúan sobre el flotador son tres y de naturaleza distinta:

Fuerza de origen aerodinámico o resistencia aerodinámica, D actuando hacia arriba. Fuerza de Arquímedes o empuje hidrostático, E también actuando hacia arriba. Fuerza gravitatoria o peso W actuando hacia abajo.

En condicionesde estabilidad, el flotador se mantiene a una altura constante, y el equilibrio de fuerzas es tal que la suma de la resistencia aerodinámica D y el empuje hidrostático E equilibran al peso W, pudiendo plantearse la siguiente ecuación de equilibrio:


 Fv
D E W
0  D E W
(1)


1. ECUACIÓN DE UN ROTÁMETRO

Con el objeto de encontrar las ecuaciones que rigen el comportamiento de unrotámetro, y las variables físicas de las cuales depende, se derivarán dichas ecuaciones considerando un modelo elemental de rotáme- tro que contempla las siguientes hipótesis simplificativas:

1) Flujo incomprensible y no viscoso

2) Tubo de conicidad nula
6






Figura 1


1.1. ECUACIONES DE VÍNCULO
Se aplicarán las siguientes ecuaciones de vínculo de la Mecánica de losFluidos :. a) Ecuación de la Cantidad de Movimiento
b) Ecuación de Conservación de la Masa c) Ecuación de Bernoulli


1.2. ECUACIÓN DE LA CANTIDAD DE MOVIMIENTO



La componente según el eje “Z” de la ecuación de Cantidad de Movimiento es expresa como :


Rz  w( .V . n )d
(2)


Donde en Rz se incluye, tanto las fuerzas de masa como las de superficie que actúan sobre el fluido con-tenido en el interior del volumen de control, siendo el segundo miembro el flujo neto de cantidad de movimien- to que atraviesa la superficie de control.
Una selección cuidadosa y adecuada del volumen de control permitirá poner en evidencia las variables convenientemente. El volumen de control utilizado se indica en líneas de punto en la Figura 2 . La aplicación de la ecuación ( 2) se efectúa a...