Capítulo 9 Medidores de flujo - amyd.quimica.unam.mx

1 242 Cap tulo 9 Medidores de flujo 243 Medidores de flujo Un medidor de caudal es un aparato que se coloca en las l neas por donde se mueve un fluido para obtener la velocidad o el caudal de la materia que est fluyendo. FACTORES PARA LA ELECCI N DEL TIPO DE MEDIDOR DE FLUIDO Rango: los Medidores disponibles en el mercado pueden medir flujos desde varios mililitros por segundo (ml/s) para experimentos precisos de laboratorio hasta varios miles de metros c bicos por segundo (m3/s) para sistemas de irrigaci n de agua o agua municipal o sistemas de drenaje. Para una instalaci n de medici n en particular, debe conocerse el orden de magnitud general de la velocidad de flujo as como el rango de las variaciones esperadas.

2 Exactitud requerida: cualquier dispositivo de medici n de flujo instalado y operado adecuadamente puede proporcionar una exactitud dentro del 5 % del flujo real. La mayor a de los Medidores en el mercado tienen una exactitud del 2% y algunos dicen tener una exactitud de m s del El costo es con frecuencia uno de los factores importantes cuando se requiere de una gran exactitud. P rdida de presi n: debido a que los detalles de construcci n de los distintos Medidores son muy diferentes, stos proporcionan diversas cantidades de p rdida de energ a o p rdida de presi n conforme el fluido corre a trav s de ellos. Excepto algunos tipos, los Medidores de fluido llevan a cabo la medici n estableciendo una restricci n o un dispositivo mec nico en la corriente de flujo , causando as la p rdida de energ a.

3 Tipo de fluido: el funcionamiento de algunos Medidores de fluido se encuentra afectado por las propiedades y condiciones del fluido. Una consideraci n b sica es si el fluido es un l quido o un gas. Otros factores que pueden ser importantes son la viscosidad, la temperatura, la corrosi n, la conductividad el ctrica, la claridad ptica, las propiedades de lubricaci n y homogeneidad. Calibraci n: se requiere de calibraci n en algunos tipos de Medidores . Algunos fabricantes proporcionan una calibraci n en forma de una gr fica o esquema del flujo real versus indicaci n de la lectura. Algunos est n equipados para hacer la lectura en forma directa con escalas calibradas en las unidades de flujo que se deseen.

4 En el caso del tipo m s b sico de los Medidores , tales como los de cabeza variable, se han determinado formas geom tricas y dimensiones est ndar para las que se encuentran datos emp ricos disponibles. Estos datos relacionan el flujo con una variable f cil de medici n, tal como una diferencia de presi n o un nivel de fluido. 1. Medidores DE CABEZA VARIABLE El principio b sico de estos Medidores es que cuando una corriente de fluido se restringe, su presi n disminuye por una cantidad que depende de la velocidad de flujo a trav s de la restricci n, por lo tanto la diferencia de presi n entre los puntos 244 antes y despu s de la restricci n puede utilizarse para indicar la velocidad del flujo .

5 Los tipos m s comunes de Medidores de cabeza variable son el tubo Venturi, la placa orificio y el tubo de flujo de tobera. El Tubo Venturi. El Tubo de Venturi fue creado por el f sico e inventor italiano Giovanni Battista Venturi ( ). Fue profesor en M dena y Pav a. En Paris y Berna, ciudades donde vivi mucho tiempo, estudi cuestiones te ricas relacionadas con el calor, ptica e hidr ulica. En este ltimo campo fue que descubri el tubo que lleva su nombre. Seg n l este era un dispositivo para medir el gasto de un fluido, es decir, la cantidad de flujo por unidad de tiempo, a partir de una diferencia de presi n entre el lugar por donde entra la corriente y el punto, calibrable, de m nima secci n del tubo, en donde su parte ancha final act a como difusor.

6 DEFINICI N El Tubo de Venturi1 es un dispositivo que origina una p rdida de presi n al pasar por l un fluido. En esencia, ste es una tuber a corta recta, o garganta, entre dos tramos c nicos. La presi n var a en la proximidad de la secci n estrecha; as , al colocar un man metro o instrumento registrador en la garganta se puede medir la ca da de presi n y calcular el caudal instant neo, o bien, uni ndola a un dep sito carburante, se puede introducir este combustible en la corriente principal. Las dimensiones del Tubo de Venturi para medici n de caudales, tal como las estableci Clemens Herschel2, son por lo general las que indica la figura 1.

7 La entrada es una tuber a corta recta del mismo di metro que la tuber a a la cual va unida. El cono de entrada, que forma el ngulo a1, conduce por una curva suave a la garganta de di metro d2. Un largo cono divergente, que tiene un ngulo a2, restaura la presi n y hace expansionar el fluido al pleno di metro de la tuber a. El di metro de la garganta var a desde un tercio a tres cuartos del di metro de la tuber a. 1 Este efecto, demostrado en 1797, recibe su nombre del f sico italiano Giovanni Battista Venturi (1746-1822). 2 Este medidor fue inventado por Clemens Herschel en 1881 y lleva el nombre de Venturi por el cient fico italiano que fue el primero en experimentar en tubos divergentes.

8 245 La presi n que precede al cono de entrada se transmite a trav s de m ltiples aberturas a una abertura anular llamada anillo piezom trico. De modo an logo, la presi n en la garganta se transmite a otro anillo piezom trico. Una sola l nea de presi n sale de cada anillo y se conecta con un man metro o registrador. En algunos dise os los anillos piezom tricos se sustituyen por sencillas uniones de presi n que conducen a la tuber a de entrada y a la garganta. La principal ventaja del Venturi estriba en que s lo pierde un 10 - 20% de la diferencia de presi n entre la entrada y la garganta. Esto se consigue por el cono divergente que desacelera la corriente.

9 Es importante conocer la relaci n que existe entre los distintos di metros que tiene el tubo, ya que dependiendo de los mismos es que se va a obtener la presi n deseada a la entrada y a la salida del mismo para que pueda cumplir la funci n para la cual est construido. Esta relaci n de di metros y distancias es la base para realizar los c lculos para la construcci n de un Tubo de Venturi y con los conocimientos del caudal que se desee pasar por l. Deduciendo se puede decir que un Tubo de Venturi t pico consta, como ya se dijo anteriormente, de una admisi n cil ndrica, un cono convergente, una garganta y un cono divergente. La entrada convergente tiene un ngulo incluido de alrededor de 21 , y el cono divergente de 7 a 8.

10 La finalidad del cono divergente es reducir la p rdida global de presi n en el medidor; su eliminaci n no tendr efecto sobre el coeficiente de descarga. La presi n se detecta a trav s de una serie de agujeros en la admisi n y la garganta; estos agujeros conducen a una c mara angular, y las dos c maras est n conectadas a un sensor de diferencial de presi n. 246 FUNCIONAMIENTO DE UN TUBO DE VENTURI En el Tubo de Venturi el flujo desde la tuber a principal en la secci n 1 se hace acelerar a trav s de la secci n angosta llamada garganta, donde disminuye la presi n del fluido. Despu s se expande el flujo a trav s de la porci n divergente al mismo di metro que la tuber a principal.