MECÁNICA DE FLUIDOS Tema3. Medida de caudales

1 2011 Autores I. Mart n, R. Salcedo, R. Font. 01/01/2011 MEC NICA DE FLUIDOS Tema3. Medida de caudales This work is licensed under the Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivs Unported License. To view a copy of this license, visit or send a letter to Creative Commons, 444 Castro Street, Suite 900, Mountain View, California, 94041, USA. MEC NICA DE FLUIDOS Tema3. Medida de caudales 2 TEMA 3. Medida DE caudales ndice TEMA 3. Medida DE caudales .. 1 1. INTRODUCCI N .. 3 2. VELOCIDADES LOCALES .. 3 Tubo de Pitot .. 3 Otros medidores de velocidades locales.

2 5 3. MEDIDORES DE VELOCIDADES MEDIAS .. 6 Diafragmas, boquillas y ventur 6 4. OTROS MEDIDORES DE CAUDAL .. 19 5. BIBLIOGRAF A .. 21 MEC NICA DE FLUIDOS Tema3. Medida de caudales 3 1. INTRODUCCI N Aqu se clasifican y describen sucintamente los dispositivos m s utilizados para la Medida de caudales que circula por una conducci n, que en realidad se basan en la Medida de velocidades por las que el fluido circula por una conducci n. En la mayor a de estos instrumentos, el caudal se calcula de forma indirecta mediante el c lculo directo de la diferencia de presi n que se produce en el mismo.

3 Existen instrumentos que miden la velocidad local en un punto de la conducci n, y equipos que miden la velocidad media a su paso por una secci n. A continuaci n se describen estos por separado, destac ndose el tubo de Pitot como medidor de velocidades locales, y los diafragmas, ventur metros y rot metros para el caso de medidores de velocidades medias. 2. VELOCIDADES LOCALES Tubo de Pitot Se trata de un dispositivo sumamente simple para medir la presi n cin tica. Consta, Figura ), b sicamente de dos sondas de presi n, una toma cuya superficie se coloca perpendicular a la direcci n de la corriente (justo en el punto donde se desea conocer la velocidad), y de otra toma de presi n con superficie paralela a la direcci n de la corriente.

4 Con la primera toma se mide la presi n de impacto, y con la segunda la presi n est tica, de forma que la diferencia entre ambas (medidas con un man metro diferencial) es la presi n cin tica. En sta se basa el c lculo de la velocidad local en el punto donde se coloc la sonda de la presi n de impacto. Figura Medida de la velocidad local. Para facilitar la exploraci n de velocidades en cada secci n transversal de un sistema de flujo, se sustituye el dispositivo acabado de explicar por el que se esquematiza en la Figura ): las tomas de presi n de impacto y est tica se combinan en un simple instrumento que constituye realmente el tubo de Pitot propiamente dicho.

5 Como la propia inserci n del instrumento, seg n se indica en la figura, puede alterar la corriente de fluido dificultando la determinaci n correcta de la presi n est tica, se procura corregir tal inconveniente disponiendo varias tomas MEC NICA DE FLUIDOS Tema3. Medida de caudales 4 de presi n est tica en c rculo, para medir as un valor medio. En la Figura ) se indica una de las series de especificaciones recomendadas para este instrumento. Suelen utilizarse tubos de Pitot para la Medida de caudales de gas en grandes conducciones, como chimeneas de industrias pesadas. Un inconveniente del uso del tubo de Pitot en flujos gaseosos es la peque a diferencia de presi n que se genera.

6 Cuando el dispositivo empleado para la Medida de la diferencia de presi n es un tubo manom trico, circunstancia habitual en equipos de Medida de campo, la altura que alcanza el l quido manom trico, hm es muy peque a. Se ha pretendido corregir este inconveniente con una modificaci n del instrumento que se conoce con el nombre de tubo de Pitot invertido o pit metro. En l se sustituye la toma de presi n est tica del tubo de Pitot por una toma en la direcci n de la corriente, pero enfrentada a la parte posterior de la misma, tal como se indica en la Figura ). Este ltimo instrumento, que debe calibrarse siempre en las condiciones en que vaya a utilizarse, proporciona unos valores de diferencia de presi n un 40% superiores a los correspondientes al tubo de Pitot ordinario.

7 Fundamentos de Medida Figura Fundamento del tubo de Pitot. Sea la corriente fluida esquematizada en la Figura , donde se representa un tubo de Pitot. Consid rese una vena estrecha del fluido, que en posici n alejada anterior al tubo de Pitot tiene una velocidad V, y que se tiene que ensanchar al acercarse al tubo de Pitot, tal como se indica en la Figura. El punto 3 representa la situaci n donde se mide la presi n del fluido o presi n est tica del fluido, que ser pr cticamente la misma que la presi n est tica del fluido en el punto 1, admitiendo que el tubo de Pitot, relativamente estrecho con respecto al di metro de la conducci n. Aplicando el balance de energ a mec nica, considerando que V2 = 0; al ensancharse considerablemente la vena del fluido desaparece.

8 El rozamiento con el fluido inmediato representado por las l neas de puntos es despreciable por desplazarse casi a la misma velocidad. Desaparece el t rmino de energ a potencial por ser z1 = z2. MEC NICA DE FLUIDOS Tema3. Medida de caudales 5 La compresi n debida al choque es muy reducida aun trat ndose de gases, si la velocidad de estos es inferior a 60 m/s, pudiendo considerarse constante el volumen espec fico. Por todo ello, el balance de energ a mec nica se simplifica a: 21223121222p1pppVppdp V ( ) donde p2 -p1 es la diferencia de presi n entre 2 y 1, que es aproximadamente la misma entre 2 y 3. En el caso de flujos gaseosos con velocidades superiores a la indicada, el impacto puede considerarse adiab tico reversible, con exponente , deduci ndose: 1211 11211pVpp ( ) En ocasiones, las casas constructoras de los tubos Pitot suelen facilitar un coeficiente de correcci n (por las alteraciones que provoca en el flujo la propia inserci n del instrumento), que habr a que incorporar como factor al segundo miembro tanto de ecuaci n ( ) como ( ) y que suele ser siempre muy pr ximo a la unidad si el tubo est bien construido.

9 Si se quiere determinar el caudal de fluido en una conducci n mediante un tubo de Pitot, bastar medir su velocidad a varias distancias del centro (cuantas m s mejor) e integrar num ricamente la expresi n del mismo: 0000022 SrrQVdSVrdrVrdr ( ) Otros medidores de velocidades locales Al margen de los tubos de Pitot, donde la velocidad local se mide mediante una Medida de presiones, los medidores de velocidades locales m s conocidos se basan en: Anem metro de filamento caliente. Generalmente consiste en un hilo de platino calentado el ctricamente que se sit a en el punto del fluido en que se desea medir la velocidad.

10 El calor eliminado por el fluido depende de su velocidad que se eval a a partir de medidas de la resistencia del hilo para una intensidad constante, o a partir de la intensidad necesaria para mantener la temperatura y resistencia del hilo constantes. Son m s apropiados para gases que para l quidos, pues en este ltimo caso existe el riesgo de la formaci n de burbujas y deposici n de suciedad sobre el hilo, con la consiguiente p rdida de precisi n. Anem metro de par termoel ctrico caliente. Como el anterior, este anem metro permite medir la velocidad en un punto de una corriente de fluido (principalmente gas), por el MEC NICA DE FLUIDOS Tema3.