Medidores de gasto

La cantidad de flujo que fluye por unidad de tiempo en un sistema se puede expresar como; gasto volumétrico, que es el volumen del flujo de fluido que pasa por una sección por unidad de tiempo, y el gasto másico, que es la masa de fluido que fluye por una sección en una unidad de tiempo. Para calcular el gasto volumétrico se usa Q=Av, donde A es el área de la sección y v es la velocidad promediodel fluido. El gasto másico se obtiene con m ̇=ρQ=ρvA.
Para le medición de un gasto, se puede usar la reducción del área donde habrá una caída de presión. Entonces tenemos las siguientes ecuaciones, de primera ley y de igualdad de gasto:
P_1/ρ+(V_1^2)/2=P_2/ρ+(V_2^2)/2
ρ_1 A_1 v_1=ρ_2 A_2 v_2
Donde en la segunda ecuación tenemos las mismas densidades y despejamos la velocidad dos parasustituirla en la primera y obtener la velocidad original:
v_2=v_1 A_1/A_2
(V_1^2-V_2^2)/2=(P_2 〖-P〗_1)/ρ
V_1^2 (1-(A_1/A_2 )^2 )=2((P_2 〖-P〗_1))/ρ
Obteniendo la ecuación para tener la velocidad uno:
V_1=√(((2(∆P))/ρ)/(1-(A_1/A_2 )^2 ))
Y para obtener el gasto: Q_ideal=A_1 V_1
Sin embargo en la velocidad obtenida con la ecuación anterior, es una ecuación ideal donde no se toma en cuenta laviscosidad del fluido no la fricción por lo que para obtener el gasto ideal se tiene: Q_real=Cd Q_ideal
Donde Cd es el coeficiente de descarga que sirve para poder igualar el gasto real con el gasto ideal.
De los medidores que usan caída de presión tenemos, el de venturi, el de tobera, y placa con orificio.
En el tubo de venturi, el flujo que viene de la tubería principal se hace acelerar a travésde una sección estrecha denominada garganta, donde la presión del flujo disminuye. Después el flujo se expande a través de una porción divergente que alcanza el mismo diámetro de la tubería principal. Se coloca tomas de presión en la pared del tubo y en la pared de la garganta que llamaremos sección dos. Estas tomas de presión se conectan a ambos lados de un manómetro diferencial, de modo que ladiferencia de altura sea una indicación de la diferencia de presión entre ambas secciones. Se aplican las ecuaciones antes mencionadas para la obtención de la velocidad. Estas ecuaciones solo son válidas para fluidos incomprensibles, es decir líquidos.
La placa de orificio es uno de los dispositivos de medición más antiguos, fue diseñado para usarse en gases, no obstante se ha aplicadoampliamente y con gran éxito para medir el gasto de agua en tuberías. Se encuentran dentro de la tubería, se integran por el orificio y la placa de orificio, que consiste en una placa delgada y plana, con una perforación circular que guarda diferentes posiciones en relación con el centro de la tubería, esta posición puede ser concéntrica, excéntrica o segmentada. Se colocan dos tomas de presión una antes yotra después de la placa orificio. El funcionamiento es muy similar al venturi, ya que a partir de las dos tomas de presión se conectan a un manómetro diferencial y se calcula con las mismas ecuaciones que el venturi.
El medidor de tobera o la boquilla de flujo es una contracción gradual de la corriente de flujo seguida de una sección cilíndrica, recta y corta. En organizaciones como la AmercianSociety of Mechanical Engineers (ASME) y la International Organization for Standardization, han presentado y adoptado varias geometrías estándar de boquillas. Se usan las ecuaciones del tubo venturi, ya que hay una contracción gradual y lisa del flujo.
Hay medidores industriales, entre ellos el medidor vortex, que coloca un cuerpo en el fluido, cuando el fluido pasa por este, se convierte enflujo turbulento. Esta turbulencia provoca que el cuerpo se mueva a una frecuencia que es proporcional al flujo. EL cuerpo va conectad a un sensor que mide la frecuencia. Este sensor es casi siempre un cristal piezoeléctrico que produce un pequeño pulso de voltaje que se activa cada vez que el “vortex” es creado. Al tener la frecuencia es proporcional a la velocidad del flujo, el flujo volumétrico...