“Año de la Promoción de la Industria Responsable y del Compromiso Climático”

UNIVERSIDAD NACIONAL

“SAN LUIS GONZAGA”

FACULTAD: INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

INFORME DE LABORATORIO N° 01

TITULO:“MEDIDORES DE CAUDAL”

CURSO : LABORATORIO DE ENERGIA II

DOCENTE :

INTEGRANTES : LOA CATAÑO, EDWARD

MANSILLA LUCAS, DEYBI

PEREZ PARIONA, JHONATHAN

CICLO : VI ME-2

GRUPO : “B”

ICA – 2014.

OBJETIVOS

OBJETIVOS GENERALES:

• Medición de caudales.

• Conocer los diferentes dispositivos de medida de caudal y saber diferenciar los

conceptos básicos sobre medidores de caudal.

OBJETIVOS ESPECIFICOS:

• Medición de caudales en alturas de chorro vertical.

• Medición de caudales en vertederos tubulares.

• Medición de caudales en vertederos.

MARCO TEORICO

FLUJO:

Es la cantidad de fluido que pasa a través de la sección por unidad de tiempo.

FLUJO LAMINAR:

Es uno de los dos tipos principales de flujo en fluido. Es el movimiento de un fluido cuando éste es

ordenado, estratificado, suave. En un flujo laminar el fluido se mueve en láminas paralelas sin

entremezclarse y cada partícula de fluido sigue una trayectoria suave, llamada línea de corriente.

El flujo laminar es típico de fluidos a velocidades bajas o viscosidades altas, mientras fluidos de

viscosidad baja, velocidad alta o grandes caudales suelen ser turbulentos. El número de Reynolds

es un parámetro adimensional importante en las ecuaciones que describen en qué condiciones el

flujo será laminar o turbulento.

FLUJO TURBULENTO:

Se llama flujo turbulento o corriente turbulenta al movimiento de un fluido que se da en forma

caótica, en que las partículas se mueven desordenadamente y las trayectorias de las partículas se

encuentran formando pequeños remolinos no coordinados.

CAUDAL:

Caudal es la cantidad de fluido que pasa en una unidad de tiempo. Normalmente se identifica con

el flujo volumétrico o volumen que pasa por un área dada en la unidad de tiempo.

El caudal puede calcularse a través de la siguiente fórmula:

Q=A .V

Donde:

Q es el Caudal

A es el área

V es la velocidad promedio.

MEDIDORES DE CAUDAL:

Son aquellos dispositivos que permiten conocer el flujo volumétrico o caudal que está

circulando por una tubería. Algunos de ellos son:

PLACA ORIFICIO:

La placa de orificio es el elemento primario para la medición de flujo más sencillo, es una lámina

plana circular con un orificio concéntrico, excéntrico o segmentado y se fabrica de acero

inoxidable, en la cara de la placa de orificio que se conecta por la toma de alta presión, se coloca

perpendicular a la tubería y el borde del orificio. En ocasiones a la placa de orificio se le perfora un

orificio adicional en la parte baja de la placa para permitir el paso de condensados al medir gases,

y en la parte alta de la placa para permitir el paso de gases cuando se miden líquidos.

Placa de orificio, concéntrica, excéntrica y segmentada.

Con las placas de orificio se producen las mayores pérdidas de presión en comparación a los otros

elementos primarios para medición de flujo más comunes, con las tomas de presión a distancias

de 2 ½ y de 8 diámetros antes y/o después de la placa se mide la pérdida total de presión sin

recuperación posterior. Se mide la máxima diferencial posible con recuperación de presión

posterior y, con tomas en las bridas se mide una diferencial muy cerca de la máxima, también con

recuperación de presión posterior.

La exacta localización de tomas de presión antes de la placa de orificio carece relativamente de

importancia, ya que la presión en esa sección es bastante constante. En todas las relaciones de

diámetros D/d comerciales. Desde ½ D antes de la placa en adelante hasta la placa, la presión

aumenta gradualmente en una apreciable magnitud en relaciones d/D arriba de 0.5; debajo de

ese valor la diferencia de presiones es despreciable. Pero sí en la toma de alta presión, la

localización no es de mayor importancia, si lo es en la toma de baja presión, ya que existe una

región muy inestable después de la vena contracta que debe evitarse; es ésta la razón por la que

se recomienda colocarlas para tuberías a distancias menores de 2 pulgadas de las tomas de placa.

La estabilidad se restaura a 8 diámetros después de la placa pero en este punto las presiones se

afectan por una rugosidad anormal en la tubería.

Desventajas en el uso de la placa de orificio

Es inadecuada en la medición de fluidos con sólidos en suspensión.

No conviene su uso en medición de vapores, se necesita perforar la parte inferior.

El comportamiento en su uso con fluidos viscosos es errático ya que la placa se calcula para

una temperatura y una viscosidad dada.

Produce las mayores pérdidas de presión en comparación con otros elementos primarios de

medición de flujos.

Cuando el flujo pasa a través de la placa de orificio, disminuye su valor hasta que alcanza una

área mínima que se conoce con el nombre de “vena contracta”, en las columnas sombreadas de la

figura siguiente, el flujo llega con una presión estática que al pasar por el orificio, las pérdidas de

energía de presión se traducen en aumentos de velocidad, en el punto de la vena contracta se

obtiene el menor valor de presión que se traduce en un aumento de velocidad, en ese punto se

obtiene la mayor velocidad.

Más delante de la vena contracta, la presión se incrementa, se genera una pérdida de presión

constante que ya no se recupera, la diferencia de presión que ocasiona la placa de orificio permite

calcular el caudal, el cual es proporcional a la raíz cuadrada de la caída de presión diferencial.

Existen dos tipos de placas de orificio segmentadas; fijas y ajustables.

a) Orificio segmentado fijo:

Se usa para medir flujos pequeños y es una combinación de orificio excéntrico y una parte

segmentada, la parte concéntrica se diseña para obtener un diámetro del 98% del diámetro

interior de la tubería, se usa para en la medición de flujos como son las pulpas y pastas, no es

recomendable para líquidos de alta viscosidad.

b) Orificio segmentado ajustable:

En este caso la relación entre el diámetro interior y exterior (0.25-0.85), se modifica por medio de

un segmento móvil, el cuerpo de la placa de orificio se fabrica con bridas de conexión similares a

la de una válvula, las guías son de acero al carbón, el material del segmento es de acero

inoxidable, se utiliza en tuberías con variaciones de flujo del 10:1 bajo variaciones de presión y

temperatura considerables. La relación entre el flujo y la caída de presión es:

TUBO DE VENTURI:

El Tubo de Venturi es un dispositivo que origina una pérdida de presión al pasar por él un fluido.

En esencia, éste es una tubería corta recta, o garganta, entre dos tramos cónicos. La presión varía

en la proximidad de la sección estrecha; así, al colocar un manómetro o instrumento registrador

en la garganta se puede medir la caída de presión y calcular el caudal instantáneo, o bien,

uniéndola a un depósito carburante, se puede introducir este combustible en la corriente

principal.

La entrada es una tubería corta recta del mismo diámetro que la tubería a la cual va unida.

El tubo Venturi ofrece ventajas con respecto a otros captadores, como son:

1. Menor pérdida de carga permanente, que la producida por del diafragma y la tobera de flujo,

gracias a los conos de entrada y salida.

2. Medición de caudales superiores a un 60% a los obtenidos por el diafragma para la misma

presión diferencial e igual diámetro de tubería.

3. El Venturi requiere un tramo recto de entrada más corto que otros elementos primarios.

4. Facilidad para la medición de flujo de líquidos con sólidos en suspensión.

El tubo venturi se recomienda en casos donde el flujo es grande y que se requiera una baja caída

de presión, o bien, el fluido sea altamente viscoso, se utiliza donde se requiera el máximo de

exactitud, en la medición de fluidos altamente viscosos, y cuando se necesite una mínima caída de

presión permanente.

TOBERA DE FLUJO:

La tobera de flujo, es un instrumento de medición que permite medir diferencial de presiones

cuando la relación de beta= At/A1, es demasiado alta para la placa orificio, esto es, cuando la

velocidad del flujo es mucho mayor y las pérdidas empiezan a hacerse notorias. Luego, al instalar

un medidor de este tipo se logran mediciones mucho más exactas. Además este tipo de medidor

es útil para fluidos con muchas partículas en suspensión o sedimentos, su forma hidrodinámica

evita que sedimentos transportados por el fluido queden adheridos a la tobera.

La instalación de este medidor requiere que la tubería donde se vaya a medir caudal, este en línea

recta sin importar la orientación que esta tenga. Si se está tratando con fluidos como gases,

conviene que la tubería este en línea recta.

TUBO DE PITOT:

El tubo de Pitot se utiliza para calcular la presión total, también denominada presión de

estancamiento, presión remanente o presión de remanso.

Es uno de los medidores más exactos para medir la velocidad de un fluido dentro de una tubería.

Su instalación simplemente consiste en un simple proceso de ponerlo en un pequeño agujero

taladrado en la tubería.

El tubo Pitot tiene sección circular y generalmente doblado en L. Consiste en un tubo de pequeño

diámetro con una abertura delantera, que se dispone contra una corriente o flujo de forma que su

eje central se encuentre en paralelo con respecto a la dirección de la corriente para que la

corriente choque de forma frontal en el orificio del tubo.

En el sitio 1 del esquema adjunto, embocadura del tubo, se forma un punto de estancamiento.

Ahí la velocidad (V1) es nula, y la presión, según la ecuación de Bernoulli, aumenta hasta:

Por lo tanto:

Siendo:

P0 y V0 = presión y velocidad de la corriente imperturbada.

Pt = presión total o de estancamiento.

Aplicando la misma ecuación entre las secciones 1 y 2, considerando que V1 = V2 = 0, se tiene:

Siendo:

Y2 – Y1 = L (lectura en el tubo piezométrico)

Luego:

Ésta es la denominada expresión de Pitot.

ROTAMETRO:

Un rotámetro es un medidor de caudal en tuberías de área variable, de caída de presión

constante.

Funcionamiento del Rotámetro:

El rotámetro consiste de un flotador (indicador) que se mueve libremente dentro de un tubo

vertical ligeramente cónico, con el extremo angosto hacia abajo. El fluido entra por la parte

inferior del tubo y hace que el flotador suba hasta que el área anular entre él y la pared del tubo

sea tal, que la caída de presión de este estrechamiento sea lo suficiente para equilibrar el peso del

flotador. El tubo es de vidrio (para presiones bajas; y de metal para presiones altas) y lleva

grabado una escala lineal, sobre la cual la posición del flotador indica el gasto o caudal.

Fundamento del Rotámetro:

El funcionamiento de este instrumento está basado en que el desplazamiento del émbolo es

proporcional al empuje realizado, según el principio de Arquímides ("Todo cuerpo sumergido en

un líquido experimenta un empuje vertical y hacia arriba al peso del líquido desalojado") y la

altura desplazada será equivalente a un flujo determinado.

Ahora si el rotámetro nos dice el caudal y necesitamos saber cuál es la velocidad, usamos la

fórmula de la continuidad y despejamos V (velocidad):

Q = V A -------> V = Q/A

Dónde:

Q = Caudal

A = Área del rotámetro

V = Velocidad (lo que desearíamos hallar)

VERTEDEROS:

Son simples aberturas sobre las que se desliza un líquido. Pueden ser entendidos como

orificios cuya arista superior esta sobre el nivel de la superficie libre del líquido. Se suelen

usar para medir caudales en conductores libres (canales, ríos, etc.)

Los vertederos se utilizan como instrumentos de medición de caudales más antiguos,

simples y confiables para medir el flujo de agua en un canal si se dispone de suficiente

caída y la cantidad de agua a medir no es muy grande.

PARA VERTEDEROS RECTANGULARES:

PARA VERTEDEROS TRIANGULARES:

CAUDALIMETRO ELECTROMAGNETICO:

Principio de funcionamiento:

Los caudalímetros electromagnéticos están basados en la Ley de Faraday y miden el paso de un

líquido, eléctricamente conductivo, a través del tubo de medición donde se induce una tensión

eléctrica entre dos electrodos opuestos cuando se le aplica un campo Electromagnético

perpendicular al mismo. Esta tensión es proporcional a la velocidad del líquido y, por lo tanto, a su

caudal.

Principales Ventajas:

Menor pérdida de carga.

No le afectan los golpes de ariete de las instalaciones.

Menores costes de mantenimiento mecánico

Facilidad de limpieza. Este aspecto es muy importante en la industria alimentaria.

Posibilidad de medir líquidos con sólidos en suspensión.

Amplio rango de medición con precisión.

Tipo de líquidos:

Los caudalímetros electromagnéticos solo pueden medir líquidos que tengan una conductividad

superior a 50 µS/cm, es decir, agua con algún otro componente. No pueden utilizarse para medir,

por ejemplo, agua osmotizada o desmineralizada. Las principales aplicaciones que tienen estos

equipos son:

Líquidos alimenticios como Leche y productos lácteos, cerveza, vino, sopas, ciertas salsas,

sopas y caldos no viscosos etc.

Aguas Potables, Residuales, Riego, Abrasivas, con lodos o sólidos en suspensión.

Líquidos químicamente agresivos como amoniacos, algunos ácidos, sosa etc.

CAUDALIMETRO A TURBINA:

Principio de Funcionamiento:

Los caudalímetros de Turbina van provistos de una hélice que gira cuando la corriente de líquido

incide sobre ella. La velocidad de giro es proporcional al caudal, y para determinarla, se emplea un

captador que genera pulsos cuando gira la hélice. Este captador genera:

1 pulso cada vez que un aspa de la hélice pasa frente a él, en caso de los caudalímetros de

turbina de acero inoxidable y los de plástico de líquidos corrosivos, y

2 pulsos por cada vuelta de la hélice, en el caso de turbinas económicas.

De esta forma se obtiene un tren de pulsos cuya frecuencia permite determinar el caudal.

Precisión:

La precisión de los caudalímetros de Turbina depende del modelo y del rango de medición,

pudiendo variar el error máximo de medida entre el 0,1%, para los modelos de Acero inoxidable y

rango pequeño de medición, y el 1,5% para los modelos económicos.

COMPARATIVA DE LOS DISTINTOS SENSORES DE FLUJO

Sensor de flujoLíquidos

recomendados

Pérdida De

presión

Exactitudtípica en

%

Medidas ydiámetros

Efectoviscoso

CostoRelativo

Orificio

Líquidos sucios ylimpios; algunos

líquidosviscosos

Medio ±2 a ±4 10 a 30 Alto Bajo

TuboVenturi

Líquidos viscosos,

sucios y limpiosBajo ±1 5 a 20 Alto Medio

Tubo Pitot Líquidos limpiosMuybajo

±3 a ±5 20 a 30 Bajo Bajo

TurbinaLíquidos limpios

yviscosos

Alto ±0.25 5 a 10 Alto Alto

Electromagnet.

Líquidos sucios ylimpios; líquidos

viscosos yconductores

No ±0.5 5 No Alto

CONCLUSIONES

Tener en cuenta que los Medidores de Flujos son dispositivos, que pueden ser

utilizado en muchas aplicaciones tecnológicas, requieren de un buen uso y

mantenimiento

Los medidores de flujo nos ayudan a controlar y mantener especificaciones de

operación en un proceso