Medición de caudal

MEDICIÓN DE CAUDAL

Capítulo del Trabajo final de los Ings. M. López García y M. Ramón, quienes gentilmente autorizaron su publicación en nuestra página web.

Agosto de 2007

Instrumentación y Comunicaciones Industriales

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Capítulo 1 Medición de caudal y Transductores de caudal de fluidos
Movimiento de fluidos
El estudio del movimiento de los fluidos se puede realizar a través dela dinámica como también de la energía que estos tienen en su movimiento. Una forma de estudiar el movimiento es fijar la atención en una zona del espacio, en un punto en un instante t, en el se especifica la densidad, la velocidad y la presión del fluido. En ese punto se examina lo que sucede con el fluido que pasa por él. Al movimiento de un fluido se le llama “flujo” y dependiendo de lascaracterísticas de este se les puede clasificar en: 1.2.Flujo viscoso y no viscoso: los flujos viscosos son aquellos que presentan resistencia al avance. Todos los fluidos reales son viscosos. Flujo incompresible y compresible: Los flujos incompresibles son aquellos en que la densidad (ρ = Masa/Volumen) prácticamente permanece constante. Flujo laminar y turbulento: en el flujo laminar, el fluido sedesplaza en láminas o capas paralelas. En el turbulento las partículas se mueven siguiendo trayectorias muy irregulares. Flujo permanente: si las propiedades como la densidad, la velocidad, la presión no cambian en el tiempo en un punto del espacio, entonces se dice que el flujo es permanente, pudiendo cambiar de un punto a otro.

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La ecuación de continuidad

Figura 1.1Instrumentación y Comunicaciones Industriales

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La figura 1.1 representa una tubería por la que circula líquido de densidad constante ρ. Sean A1 y A2 las áreas de las secciones transversales en dos puntos diferentes del tubo. Designemos por v1 la velocidad del fluido en A1 y por v2 la del fluido en A2. En el intervalo de tiempo ∆t, un elemento de fluido recorre una distancia v∆t. Entonces, la masa delfluido ∆m1 es aproximadamente,

∆m1 = ρA1v1∆t
Es decir, el flujo de masa ó caudal másico, ∆m1t / ∆t es aproximadamente ρA1v1. Debemos tomar ∆t suficientemente pequeño para que en este intervalo de tiempo ni v ni A cambien apreciablemente en la distancia que recorre el fluido. En el límite, cuando ∆t 0, obtenemos las definiciones precisas: Flujo de masa en A1 = ρA1v1 [kg/s] Flujo de masa en A2 =ρA2v2 [kg/s] Ya que ningún fluido puede salir por las paredes del tubo y puesto que no hay “fuentes” ni “sumideros” en los que se pueda crear o destruir fluido en el tubo, la masa que cruza cada sección del tubo por unidad de tiempo debe ser la misma.

ρA1v1 = ρA2v2
Es decir,

ρAv = cte.
Este resultado expresa la ley de la conservación de la masa en la dinámica de los fluidos. Si el fluidoes incompresible, la última ecuación toma la forma más sencilla A1v1 = A2v2 [l/s] Es decir Av = cte. El producto Av da el flujo de volumen ó caudal volumétrico.

Clasificación de los transductores y características
Existen varios métodos para medir el caudal según sea el tipo de fluido, la precisión deseada, el control requerido y el tipo de caudal volumétrico o másico. En el presente capítulo,se nombrarán y se explicarán algunos de ellos, dándole más importancia a los medidores volumétricos que al los de caudal masa, pues los primeros son los que se utilizan más frecuentemente. Entre los transductores más importantes figuran los siguientes:

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Medidores volumétricos Sistema Presión diferencial Área variable Velocidad Tensióninducida Desplazamiento positivo Elemento De obstrucción: Placaorificio, Tobera y Tubo Venturi. Tubo Pitot. Rotámetro. Turbina. Sondas ultrasónicas. Medidor magnético. Disco giratorio. Pistón alternativo.

Medidores de caudal masa Sistema Térmico Elemento Diferencia temperaturas en dos sondas de resistencia.

Medidores volumétricos
Los medidores volumétricos determinan el caudal en volumen del...