Instituto PolitécnicoNacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica UNIDAD AZCAPOTZALCO Alumnos: Tenorio Álvarez Antonio -------------------------- Casarez Duran Adolfo Ángel -------------------------Bazán Pérez Aron -------------------------- Asignatura: Mecánica de Fluidos II Maestro: Juárez Gómez Felipe de Jesús Grupo: 6MM2 Fecha de entrega: 17/04/15 Tema 1.4.1 “Instrumento de medición de gasto volumétrico” ............................. 7 EL TUBO ANNUBAR......................................................................12 MEDIDOR DE FLUJO POR VORTICE............................................................................................................................15 Medidor de Birrotor..................................................................................... 6 TUBO PITOT....................INDICE Contenido Definición........................................................................................................... 9 SENSOR DE FLUJO POR ULTRASONIDO....................................................................................................5 TUBO DE VENTURI........................................... 3 Tipos......................................................................................................................................... 8 ROTÁMETRO..................................................................................................................... 4 BOQUILLA O TOBERA DE FLUJO..................... 16 MEDIDOR OSCILANTE.. 16 .................................................................................14 MEDIDORES DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO............................ 8 Medidor de turbina.........................................................................11 Medidor de flujo electromagnético...................................................................................................................................................................................... 3 TIPOS DE MEDIDORES DE FLUJO VOLUMETRICO..........................................3 PLACAS DE ORIFICIO....................................................... Pistones alternativos y paletas rotativas son ejemplos de medidores de desplazamiento positivo. Tubo de Pitot. Existen básicamente cinco tipos de medidores. Tubo Anubbar MEDIDOR DE ÁREA VARIABLE *Rotámetro MEDIDORES DE VELOCIDAD *Turbina. Medir la velocidad de un líquido o los cambios en la energía cinética ayuda a determinar precisamente las tasas de flujo. Las turbinas y medidores doppler son tipos de medidores de velocidad. Tipos Los tipos más comunes son los medidores de flujo de presión diferencial. Cada uno tiene diferentes versiones que operan bajo el mismo concepto.Definición. tubos de venturi y de flujo son todos ejemplos de medidores de flujo de presión diferencial. de desplazamiento positivo. Tubo de Venturi. Tobera o Boquilla de Flujo. una lectura incorrecta puede llevar a serios daños. Placas de orificio. Los medidores tipo coriolis y termales son medidores de masa. Los medidores de flujo se utilizan para medir el flujo de un líquido a través de un área designada. Transductores ultrasónicos MEDIDOR DE FUERZA * Medidor de Placa MEDIDOR DE TENSIÓN INDUCIDA . de velocidad. Los medidores deben estar propiamente instalados y mantenidos para mantener la precisión. cada uno con sus propias aplicaciones prácticas. de masa y de canal abierto. TIPOS DE MEDIDORES DE FLUJO VOLUMETRICO MEDIDORES DE PRESIÓN DIFERENCIAL *Placa de Orificio. . La corriente que fluye a través del orificio forma una venacontracta y la rápida velocidad del flujo resulta en unadisminución de presión hacia abajo desde el orificio. ésta provoca que el flujo se contraiga de repente conforme se aproxima al orificio y después se expande de repente al diámetro total de la tubería. rotativos. instalada en una tubería. La segmentada cuando los fluidos contienen un pequeñoporcent aje de sólidos y gases disueltos. . La concéntrica: sirve para líquidos2.*Medidor magnético de caudal MEDIDORES DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO *Disco y Pistón oscilante. Pistón alternativo. La excéntrica: para los gases3. MEDIDORES DE TORBELLINO Y VÓRTEX MEDIDOR OSCILANTE PLACAS DE ORIFICIO Consiste en una placa perforada. ECUACIÓN DE UNA PLACA DE ORIFICIO TIPOS DE PLACAS DE ORIFICIO Ventajas El 50% de los medidores de caudal utilizados en la industria son P. Cuando una placa de orificio se coloca en forma concéntrica dentro de una tubería.O. 6* Para mejorar esta situación se desarrollan perfiles más lineales. BOQUILLA O TOBERA DE FLUJO Es una contracción gradual de la corriente de flujo seguida de una sección cilíndrica recta y corta. que minimicen estos efectos.Desventajas El coeficiente de descarga puede cambiar con el tiempo debido al desgaste y la acumulación de suciedad. . Se puede obstruir y reducir el diámetro del orificio.97. permitiendo valores de Cd hasta 0. Para evitar esto se utilizan orificios excéntricos y segmentales Las desventajas del sistema de orificio: * Pérdida de carga (caída de presión) apreciable debido al efecto de turbulencia que se puede generar antes de la placa* Los valores de Cd llegan a máximo 0 .* Así se formaron las toberas y los venturímetros. TUBO DE VENTURI Es una tubería corta recta.La tobera permite caudales 60% superiores a los de placa-orificio en las mismas condiciones de servicio. La precisión es del orden de +/-0. si bien los sólidos abrasivos influyen en su forma afectando la exactitud de la medida. Puede emplearse para fluidos que arrastren sólidos en pequeña cantidad. su precisión es del orden de +/-0. Su pérdida de carga es de 30 a 80% de la presión diferencial.75%.5%. TUBO PITOT . Permite la medición de caudales 60%superiores a los de la placa orificio en las mismas condiciones de servicio y con una pérdida de carga de solo 10a 20%de la presión diferencial. El coste del tubo de Venturi es elevado. Posee una gran precisión y permite el paso de fluidos con un porcentaje relativamente grande de sólidos. entre dos tramos cónicos. La presión varía en laproximidaddelasecciónestrecha. así. al colocar un manómetro o instrumentoregis trador en la garganta se puede medir la caída depresión y calcular el caudal instantáneo. o garganta.95 a +/-1. Tubo hueco colocado de tal forma que los extremos abiertos apuntan directamente a la corriente del fluido. EL TUBO ANNUBAR .. La presión en la punta provoca que se soporte una columna del fluido. El fluido dentro de la punta es estacionario o estancado llamado punto de estancamiento. dispuesto e n el interior. El tubo utilizado tiene una conicidad uniforme y unobturador ranurado. Por la ley de conservación de la energía se determina que lafuerza que recibe un cuerpo de sección A sumergido en un fluido en movimiento con velocidad v es: Dónde: Cw es el coeficiente de resistencia al flujo ofrecidopor el cuerpo sumergido y que es función de lascaracterísticas de su superficie (aspereza).Es una variante del tubo de Pitot que dispone de varias tomas. . El fluido circula de abajo para arriba. con lo que se mide la presión total en varios puntos. se puede hacer variable la sección del paso del fluido y mantener constante la diferencia de presión entre ambos lados de una obturación. que esarrastrado por el fluido al que se opone con su peso. a lo largo de la sección transversal. y del nivel de turbulencia del flujo. obteniendo la media de estos valores y evitando el error que produce el tubo de Pitot. Es decir. puede hacerse igualmente de manera recíproca a la vista anteriormente. ROTÁMETRO La aplicación del teorema de Bernoulli y del principio de conservación del caudal. del número de Reynolds (por su geometría y características del fluido). esta variación cambia el flujo inducido en la bobina captadora produciéndose una corriente alterna proporcional a la velocidad de la turbina. .Medidor de turbina. que se instala en el centro de la tubería y gira con una velocidad angular que es directamente proporcional al flujo. sin generar ninguna fuerza resistente sobre el aspa que produzca error se utilizan principalmente convertidores electromagnéticos. 2 . semejante a una turbina. existen dos tipos a saber: 1 .El de tipo inductivo. El rotor lleva incorporado un imán permanente y el campo magnético giratorio que se origina induce una corriente alterna en la bobina captadora exterior.El de Reluctancia. Este medidor consiste de un rotor con alabes. Para medir la velocidad de la turbina. La velocidad de la turbina viene determinada por el paso de los alabes individuales a través del campo magnético creado por un imán permanente montado en la bobina captadora exterior. El paso de cada alabe varía la reluctancia del circuito magnético. para viscosidades mayores de 3 a 5 cS se reduce considerablemente el intervalo de medición del instrumento. La exactitud es elevada. del orden de ± 0. para ello se debe instalar el instrumento en una tubería recta 15 diámetros aguas arriba y 6 diámetros aguas abajo. Características del medidor de turbina. En general. Representación de un medidor de turbina . En las paredes el fluido se mueve mas lentamente que en el centro.Con el uso de ambos convertidores la velocidad del flujo será proporcional a la frecuencia generada que es del orden de los 250 a 1200 ciclos por segundo para velocidades máximas. las puntas de los alabes no pueden girar a mayor velocidad.3 %. debido al cambio que se produce en el perfil de velocidad del líquido a través de la tubería cuando aumenta la viscosidad. El valor óptimo se consigue cuando la dirección del flujo sigue la dirección de la tubería. La turbina esta limitada por la viscosidad del fluido. de modo que. El instrumento debe instalarse de tal modo que no se vacíe cuando cesa el flujo ya que el choque de líquido a alta velocidad contra el medidor vacío lo puede dañar seriamente. Un medidor de turbina se puede utilizar para medir flujo de gases y líquidos limpios o filtrados. SENSOR DE FLUJO POR ULTRASONIDO Los caudalímetros por ultrasonido están basados en la propagación de ondas de sonido en un fluido. 1. un eco. Cuando esto ocurre el eco devuelto tiene una frecuencia igual si el líquido está quieto o distinta que la enviada si está en movimiento.Efecto Doppler. estas ondas chocan con ellas provocándose una reflexión de las ondas. Existen dos principios básicos para esta medición: -Tiempo de Tránsito.En fluidos limpios (Tiempo de tránsito): Se emiten pulsos ultrasónicos alternativamente en el sentido de flujo y en contra del sentido de flujo. Los pulsos se reciben en un receptor y se mide la diferencia del tiempo de tránsito de la onda en uno y otro sentido..En fluidos con sólidos (Efecto Doppler) El instrumento de efecto Doppler tiene un generador de ultrasonido que emite ondas. Esta nueva frecuencia depende dela velocidad de la partícula productora del eco. . Si en el seno del líquido existen partículas o burbujas de gas. 2. por lo que midiendo el corrimiento de frecuencia se puede determinar la velocidad del fluido y por lo tanto el caudal instantáneo.. de la cual se deduce que en un conductor en movimiento en un campo magnético constante se inducirá un voltaje. Este voltaje será proporcional a la velocidad de movimiento del conductor y a su longitud. Por dos electrodos de punta. En la parte externase colocan los dispositivos para generar el campo magnético. La diferencia de potencial que se induce será proporción a la velocidad del fluido.Medidor de flujo electromagnético Basado en la Ley de Faraday. B= Densidad del campo magnético que traspasa el fluido en dirección vertical al sentido del flujo. UM= Bvdk La tensión se toma UM = Valor medido de la tensión inducida en el fluido en dirección vertical al campo magnético y al sentido del flujo. Los caudalímetros electromagnéticos están basados en la Ley de Faraday. revestido interiormente con material aislante. con diversos grados de seguridad. Este fenómeno se reproduce en un caudalímetro electromagnético. Estos caudalímetros requieren que el líquido a medir tenga un mínimo de conductividad. que consta de bobinas que crean el campo magnético. y todo se recubre de una protección externa. Sobre dos puntos diametralmente opuestos de la superficie internase colocan dos electrodos metálicos. con lo que el caudal se determina sencillamente multiplicando esta velocidad por la sección de la tubería. Formado por un tubo. un conductor que lo atraviesa (el fluido en movimiento) sobre el cual se induce la diferencia de potencial. entre los cuales se genera la señal eléctrica de medida. v= Velocidad de flujo del fluido d= Diámetro interior del tubo de medida k= Factor proporcional o constante del sensor . -El principal limitante es la conductividad del fluido y esta debe ser mayor a 5 µS/cm. cubriendo los electrodos. MEDIDOR DE FLUJO POR VORTICE . Este campo magnético penetra el tubo de medida no conductor y el fluido que fluye a través del tubo de medida. en un fluido electro conductor se genera una tensión UM. 5.-Este sensor se utiliza para medir flujo exclusivo para líquidos. el cual debe tener una conductividad eléctrica mínima. dos electrodos.-Medición de flujo de productos farmacéuticos líquidos. 6. a la densidad del campo magnético B y a la distancia entre los electrodos d (diámetro interior del tubo). como mínimo. la que es proporcional a la velocidad del flujo v del fluido. en un tubo de medida sin características magnéticas conductoras.-Para la validez de la ecuación. Las bobinas inductoras.-Medición de flujo de productos alimenticios líquidos. CARACTERISTICAS GENERALES 1. 4. 3.La tensión de señal UM se toma por medio de los electrodos que están en contacto con el fluido y se conduce a través de la pared del tubo aislante. 7. generan un campo electromagnético pulsante con una densidad de campo B vertical al eje del tubo. 2. con una superficie interior eléctricamente no conductora. traspasadas por la corriente. Según la ley de inducción de Faraday.-Las paredes del instrumento tienen un revestimiento especial que evita el cortocircuito de la tensión inducida. la tubería debe estar llena.Un caudal metro electromagnético consiste. en general. traspasados por la pared del tubo y en contacto con el fluido de medida. bobinas de excitación conectadas en serie y fijadas diametralmente en el tubo y.-Los líquidos deben ser homogéneos sin marcadas diferencias entre líquidos o líquido-gas. lo cual limita su uso a líquidos con esta característica. El número de Reynolds puede ser calculado para cada conducción recorrida por un determinado fluido y es el producto de la velocidad. a la frecuencia del flujo del volumen. De acuerdo al principio de Von Karman. Para un mismo valor de este número el flujo posee idénticas características cualquiera que sea la tubería o el fluido que circule por ella. Los caudalímetros vórtex constan básicamente de un obstáculo que se opone al avance de un fluido. En la práctica los medidores de pistón reciprocarte pueden tener dos o cuatro pistones operando sobre un brazo central de manivela el cual abre y cierra las válvulas de entrada y escape en puntos apropiados de la carrera del pistón. Un sensor en el fluxómetro detecta los vórtices y genera una indicación en la lectura del dispositivo medidor. controla los puertos de entrada y salida de flujo y también puede operar un mecanismo contador. y una electrónica que da una señal en pulsos o convierte esta frecuencia en una señal normalizada. un sensor que determina la frecuencia de desprendimiento de los vórtices. Una válvula deslizante montada sobre el eje.Una obstrucción chata colocada en la corriente del flujo provoca la creación de vórtices a una frecuencia que es proporcional a la velocidad del flujo. la densidad del fluido y el diámetro de la tubería dividido entre la viscosidad del fluido. el pistón se mueve en forma reciprocarte pasando el líquido alternativamente a través de cada extremo desde el puerto de entrada al puerto de salida. por lo tanto. Debido a la presión del fluido. si en una tubería ponemos una obstrucción y medimos la frecuencia a la que se desprenden los remolinos o vórtices podemos determinar la velocidad y en consecuencia el caudal. Nota: Número de Reynolds. Pueden utilizarse en una amplia variedad de fluidos incluyendo líquidos sucios y limpios. donde los pistones están conectados por un eje central tal como se muestra en a figura. MEDIDORES DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO Pistón alternativo El medidor consiste de un sistema de cilindro y pistón duales. así como gases y vapor. se forman torbellinos debido a efectos de rozamiento con la barrera. En un flujo continuo con una barrera (por ejemplo un cilindro) y con un número de Reynolds superior a 50. Características: . o alrededor de un obstáculo sólido. número a dimensional que se utiliza en la mecánica de fluidos para estudiar el movimiento de un fluido en el interior de una tubería. Se representa por R. Al conjunto de torbellinos se le denomina calle de Karman. La frecuencia de los vórtices creados es directamente proporcional a la velocidad del flujo y. tal como se muestra en la figura . La exactitud de un medidor de pistón puede ir de 0. El efecto de la densidad y la viscosidad del fluido sobre la exactitud es despreciable.2 a 0. La presión diferencial requerida para operar el motor a bajas velocidades contra su propia fricción se mantiene pequeña por selección de pistones de gran diámetro y operando en carreras cortas. El medidor es apropiado para líquidos ligeros. de baja viscosidad y no corrosivos. Medidor de Birrotor Consiste de dos rotores (semejante a engranes helicoidales dentados) sin contacto mecánico entre si que giran como únicos elementos móviles dentro de una cámara de medición.3%. Características: Al no existir contacto mecánico entre los rotores. En un medidor de disco oscilante. Esta leva mantiene la cara inferior del disco en contacto con la base de la cámara de medición a un lado y mantiene la cara superior del mismo en contacto con la parte superior de la cámara de medición en el lado opuesto. el movimiento del disco A esta controlado por el eje B conforme se mueve alrededor de la leva C. de hasta 1 plg.La relación de giro mutuo se mantiene gracias a un par de engranajes helicoidales contenidos en un encierro que evita el contacto con el líquido. Pueden trabajar con bajas presiones diferenciales. Esta placa separa la entrada de la salida de este modo la cámara estará siempre dividida en dos compartimientos que forman los volúmenes a medir.2% MEDIDOR OSCILANTE Este instrumento dispone de una cámara circular con un disco plano móvil dotado de una ranura en la que esta intercalada una placa fija tal como se muestra en la figura. de agua Son reversibles Su ajuste es sencillo y de fácil calibración La exactitud es alrededor de ± 0. Cuando pasa el fluido el disco efectúa un movimiento . la vida útil es larga y el mantenimiento se simplifica. de modo que cada punto exterior de la circunferencia del disco sube y baja alternativamente. La selección de un medidor de disco oscilante se basa en la velocidad del flujo. Al avanzar el volumen de líquido el disco se mueve en un movimiento oscilante hasta que el líquido descarga por el puerto de salida. de manera que las variaciones de presión en la línea no deben distorsionar la cámara ni afectar la exactitud. El líquido penetra a través del puerto de entrada y llena los espacios arriba y abajo del disco. Características: Como los compartimientos independientes de la cámara de medición se llenan y vacían en forma sucesiva. En las figuras se puede observar que la cámara de medición y el pistón están completamente rodeados por el líquido. luego un regulador de engranajes transmite el movimiento del eje conducido hacia un indicador. El movimiento del eje B produce un giro en el eje de la leva. el flujo de salida es suave y continuo. sin pulsaciones. la presión en la línea y la caída de presión permisible .parecido al de un trompo caído.