os l - oilproduction.net -...
TRANSCRIPT
Cu
rso
: In
str
um
en
tac
ión
In
du
str
ial
de P
roc
es
os
Dep
art
am
en
to d
e I
ng
en
ierí
a d
e P
roc
es
os y
ges
tió
n In
du
str
ial
La variable caudal, tipos. Perfil de velocidades,factores que determinan el régimen de flujo,fluidos no newtonianos, distorsiones.Características especiales de caudalímetros:amplitud de rangos, totalización. Elementosdiferenciales convencionales, y de flujo crítico.Medidores de área variable y de desplazamientopositivo. Caudalímetros a turbina, oscilatorios,electromagnéticos y ultrasónicos. Medición decaudal másico: directos, inferenciales, térmicos ycon corrección por densidad. Caudalímetros paracanales abiertos. Selección de caudalímetros:especificación y procedimiento.
TEMA 5: MEDICIÓN DE CAUDAL DE FLUIDOS
TIPOS DE CAUDALÍMETROS (Norma BS-7405)
Cu
rso
: In
str
um
en
tac
ión
In
du
str
ial
de P
roc
es
os
Dep
art
am
en
to d
e I
ng
en
ierí
a d
e P
roc
es
os y
ges
tió
n In
du
str
ial Convencionales de presión diferencial
Otros tipos de presión diferencial
De desplazamiento positivo
Rotatorios
Oscilatorios para fluidos
ElectromagnéticosUltrasónicos
Másicos directos e indirectos
Térmicos
Otros para fluidos en ductos cerrados
Para sólidos
De canal abierto
De Área variable
CAUDALÍMETROS ELECTROMAGNÉTICOS
Cu
rso
: In
str
um
en
tac
ión
In
du
str
ial
de P
roc
es
os
Dep
art
am
en
to d
e I
ng
en
ierí
a d
e P
roc
es
os y
ges
tió
n In
du
str
ial
Los medidores electromagnéticosestán restringidos a ser utiliza-dos con fluidos conductivos. Sonampliamente usados en la medi-ción de caudal de líquidos.
Llegan a tener un intervalo demedición (turndown) muy amplio(hasta 100:1).
No presentan cambios significativospor el uso (deriva baja), por lo queson una opción muy difundida en lossistemas de distribución de agua.
Típicamente estos medidores no seven afectados apreciablemente porlas distorsiones del perfil develocidades.
CAUDALÍMETROS ELECTROMAGNÉTICOS
Cu
rso
: In
str
um
en
tac
ión
In
du
str
ial
de P
roc
es
os
Dep
art
am
en
to d
e I
ng
en
ierí
a d
e P
roc
es
os y
ges
tió
n In
du
str
ial
La ley de Faraday establece que, la Fuerza Electromotriz (ε)inducida a través de un conductor al moverse en direcciónperpendicular a un campo magnético resulta proporcional aInducción Magnética (B), a la velocidad con la que se mueve (v)y a su longitud (D).
v D B Kε
CAUDALÍMETROS ELECTROMAGNÉTICOS
Cu
rso
: In
str
um
en
tac
ión
In
du
str
ial
de P
roc
es
os
Dep
art
am
en
to d
e I
ng
en
ierí
a d
e P
roc
es
os y
ges
tió
n In
du
str
ial
La ley de Faraday de inducción es la base de la medición delos caudalímetros electromagnéticos. En este caso el conductorque se mueve (con cargas asociadas a sus iones) es la porciónde fluido que pasa a través de los electrodos en los que seinduce la f.e.m. que es proporcional a la velocidad media.
v
La distancia entre los electrodos es igual al diámetro (D) del caudalímetro.
v D B Kε
ε
La velocidad comprende el área de la conducción por lo que ésta es una velocidad media independiente del perfil de velocidades y el régimen de flujo.
CAUDALÍMETROS ELECTROMAGNÉTICOSRequerimiento de la instalación
Cu
rso
: In
str
um
en
tac
ión
In
du
str
ial
de P
roc
es
os
Dep
art
am
en
to d
e I
ng
en
ierí
a d
e P
roc
es
os y
ges
tió
n In
du
str
ial
Tubo de CaudalEl propio tubo (de material no mag-nético) recubierto de material noconductor (para no cortocircuitar latensión inducida), con las bobinasgeneradoras del campo magnético ylos electrodos detectores del volta-je inducido en el fluido.
TransmisorSistema que alimenta eléctricamente(C.A. o C.C.) a las bobinas y eliminael ruido del voltaje inducido. Ade-más convierte la señal (mV) en otraestandarizada para equipos de indi-cación y control (mA, frecuencia,digitales)
El medidor consta de:
Tubo de Caudal
Transmisor
CAUDALÍMETROS ELECTROMAGNÉTICOS
Cu
rso
: In
str
um
en
tac
ión
In
du
str
ial
de P
roc
es
os
Dep
art
am
en
to d
e I
ng
en
ierí
a d
e P
roc
es
os y
ges
tió
n In
du
str
ial La señal de salida ε depende de la
velocidad del fluido y de la densidad delv D B Kε
La señal de referencia εR
se toma de unarrollamiento colocado enlos bobinados del campoque generan el flujomagnético. Se usan fuen-tes de corriente alterna ocontinuas
Para eliminar la influencia de estos tres factores, la señal detensión del medidor se compara en el receptor con una tensiónde referencia εR. Como las dos señales derivan a la vez delcampo magnético B, la tensión de la línea y las variaciones detemperatura y de conductividad del líquido no influyen en laprecisión de la medida.
campo magnético B, la cual a su vez está influida por la tensión de la línea y por la temperatura del fluido.
εR
ε
CAUDALÍMETROS ELECTROMAGNÉTICOS
Cu
rso
: In
str
um
en
tac
ión
In
du
str
ial
de P
roc
es
os
Dep
art
am
en
to d
e I
ng
en
ierí
a d
e P
roc
es
os y
ges
tió
n In
du
str
ial
La conductividad delfluido es la únicacaracterística propia dellíquido que puede limitarel empleo del medidormagnético.
Los sistemas electró-nicos requieren unaconductividad superior a5 μS/cm.
Algunos dispositivos especialespermiten trabajar con unaconductividad mínima de0,3 μS/cm.
CAUDALÍMETROS ELECTROMAGNÉTICOS
Cu
rso
: In
str
um
en
tac
ión
In
du
str
ial
de P
roc
es
os
Dep
art
am
en
to d
e I
ng
en
ierí
a d
e P
roc
es
os y
ges
tió
n In
du
str
ial
Los medidores magnéticos del caudal son adecuados para lamedida de caudales de líquidos conductores en particular loslíquidos fangosos y fluidos corrosivos.
Pueden medir caudales del fluido en ambos sentidos en la cañería. Además este medidor es no invasivo pues no tiene elementos que obstruyan el paso del fluido.
CAUDALÍMETROS ELECTROMAGNÉTICOSRequerimiento de la instalación
Cu
rso
: In
str
um
en
tac
ión
In
du
str
ial
de P
roc
es
os
Dep
art
am
en
to d
e I
ng
en
ierí
a d
e P
roc
es
os y
ges
tió
n In
du
str
ial
Tramos rectos de cañería
> 5 D > 3 DAdaptador de
reducción
> 5 D > 5 D
D
Adaptador de reducción con acople
Se deben evitar derramamientos
CAUDALÍMETROS ELECTROMAGNÉTICOS
Cu
rso
: In
str
um
en
tac
ión
In
du
str
ial
de P
roc
es
os
Dep
art
am
en
to d
e I
ng
en
ierí
a d
e P
roc
es
os y
ges
tió
n In
du
str
ial
Pérdida de carga baja
Medición bidireccional
No posee partes móviles (bajo mantenimiento)
No se necesita filtro (se puede usar con líquidossucios)
Gran exactitud (típicamente 0,2% a 0,4% R)
Gran variedad de tamaños: 2 plg hasta 20 plg
Bajos requerimientos de tramos rectos de cañerías
Se necesita cortar la tubería para suinstalación
Inversión inicial grande
Se requieren de muchos tamaños diferentespara las diferentes aplicaciones (stocks caro)
CAUDALÍMETROS ELECTROMAGNÉTICOSDispositivos de Inserción
Cu
rso
: In
str
um
en
tac
ión
In
du
str
ial
de P
roc
es
os
Dep
art
am
en
to d
e I
ng
en
ierí
a d
e P
roc
es
os y
ges
tió
n In
du
str
ial
Electrodos
Flujo
Este dispositivo consta de una sonda que obtiene la velocidad del fluido por el mismo principio físico que los caudalímetros magnéticos comunes.
Sonda
La sonda incorpora bobinas que generan un campo magnético y los electrodos se hayan en la misma sonda.
Están especialmentepensados para cañe-rías de gran diámetro(hasta 2000 mm yalgunos modelos espe-ciales aún más).
Cu
rso
: In
str
um
en
tac
ión
In
du
str
ial
de P
roc
es
os
Dep
art
am
en
to d
e I
ng
en
ierí
a d
e P
roc
es
os y
ges
tió
n In
du
str
ial
Permite instalar el elemento de medición sin cortarla cañería y aún sin interrupción del flujo medianteel sistema hot taps. Se puede incluso fijar laprofundidad de inserción.
CAUDALÍMETROS ELECTROMAGNÉTICOSDispositivos de Inserción
En la mitad del diámetro
En 1/8 del diámetro
La exactitud es menor, 2 a 3 % R porque el medidor infiere una velocidadpuntual. Las limitaciones de lainstalación (tamos de cañería recta)son mayores. Se ven más afectadospor las condiciones de presión,temperatura. La conductividad mínimaes de 20 μS/cm.
Cu
rso
: In
str
um
en
tac
ión
In
du
str
ial
de P
roc
es
os
Dep
art
am
en
to d
e I
ng
en
ierí
a d
e P
roc
es
os y
ges
tió
n In
du
str
ial
Una modificación para ganar en precisión yreangeabilidad, consiste en usar un dispositivo convarios electrodos ubicados para promediar laestimación de la velocidad del fluido.
CAUDALÍMETROS ELECTROMAGNÉTICOSDispositivos de Inserción Promediante
Campo MagnéticoElectrodos
De esta forma se hace coincidir las característicaspositivas del sensor electromagnético común con laflexibilidad del elemento de inserción.
Electrodos
TIPOS DE CAUDALÍMETROS (Norma BS-7405)
Cu
rso
: In
str
um
en
tac
ión
In
du
str
ial
de P
roc
es
os
Dep
art
am
en
to d
e I
ng
en
ierí
a d
e P
roc
es
os y
ges
tió
n In
du
str
ial Convencionales de presión diferencial
Otros tipos de presión diferencial
De desplazamiento positivo
Rotatorios
Oscilatorios para fluidos
Electromagnéticos
UltrasónicosMásicos directos e indirectos
Térmicos
Otros para fluidos en ductos cerrados
Para sólidos
De canal abierto
De Área variable
Cu
rso
: In
str
um
en
tac
ión
In
du
str
ial
de P
roc
es
os
Dep
art
am
en
to d
e I
ng
en
ierí
a d
e P
roc
es
os y
ges
tió
n In
du
str
ial Los Medidores ultrasónicos, con variadas formas, han tenido un
rápido desarrollo. Actualmente se utiliza para cuestiones defiscalización, transferencia de custodia o para monitorearcaudales de distintas cañerías.
CAUDALÍMETROS ULTRASÓNICOS
Los medidores ultrasónicos “clamp-on” proporcionan una
medición no invasiva, con su con una exactitud moderada.
Por su principio de operación, estosmedidores pueden ser afectados por ruidoacústico generados por válvulas otuberías.
Cu
rso
: In
str
um
en
tac
ión
In
du
str
ial
de P
roc
es
os
Dep
art
am
en
to d
e I
ng
en
ierí
a d
e P
roc
es
os y
ges
tió
n In
du
str
ial La medición del caudal se realiza por medio de una onda sonora
ultrasónica que se propaga a través del fluido. Constanbásicamente de dos transductores piezoeléctricos, uno actúacomo emisor y otro como receptor de la onda sonora.
CAUDALÍMETROS ULTRASÓNICOS
EMISORUn cristal, usando tensión eléctrica,
produce ultrasonido (0.5 a 2 MHz)
RECEPTOREl ultrasonido hace vibrar un cristal, generando una tensión eléctrica (señal de salida)
Cu
rso
: In
str
um
en
tac
ión
In
du
str
ial
de P
roc
es
os
Dep
art
am
en
to d
e I
ng
en
ierí
a d
e P
roc
es
os y
ges
tió
n In
du
str
ial Dos son los principios que se emplean para medir caudal.
CAUDALÍMETROS ULTRASÓNICOS
Caudalímetros basados en el efecto Doppler
Caudalímetros que miden
tiempo de tránsito
Cu
rso
: In
str
um
en
tac
ión
In
du
str
ial
de P
roc
es
os
Dep
art
am
en
to d
e I
ng
en
ierí
a d
e P
roc
es
os y
ges
tió
n In
du
str
ial
La velocidad del fluido se determina midiendo el corrimientode frecuencia que experimenta la señal de retorno (eco) alreflejarse en partículas o burbujas contenidas en el fluido.
CAUDALÍMETROS ULTRASÓNICOSBasados en el efecto Doppler
Está limitado afluidos que con-tengan partículassólidas o burbujasen suspensión.
Por eso puedenmedirse algunoscaudales de mez-clas gas-líquido,fangos, etc.
Cu
rso
: In
str
um
en
tac
ión
In
du
str
ial
de P
roc
es
os
Dep
art
am
en
to d
e I
ng
en
ierí
a d
e P
roc
es
os y
ges
tió
n In
du
str
ial
Se emiten señales de ultrasonido de frecuencia fija ydefinida y se sensa por medio de un receptor las señalesreflejadas (ecos) por las partículas o burbujas. Secomparan de frecuencias y el corrimiento es proporcional ala velocidad de movimiento de las partículas.
CAUDALÍMETROS ULTRASÓNICOSBasados en el efecto Doppler
Longitud de Onda emitida
EMISOR
RECEPTOR
1
1f
cλ
1
2f
cosαv2cλ
c
cosαf v 2Δfff 1
21
Longitud de Onda que
“ve” receptor
El corrimiento de frecuencias resulta:
Cu
rso
: In
str
um
en
tac
ión
In
du
str
ial
de P
roc
es
os
Dep
art
am
en
to d
e I
ng
en
ierí
a d
e P
roc
es
os y
ges
tió
n In
du
str
ial
Altamente dependiente de las características de laspartículas en suspensión dentro del fluido (material,geometría, densidad).
La conductividad sónica (impedancia acústica) del fluidotiene influencia.
Influye el perfil del flujo (por ejemplo, zonas de mayorconcentración turbulencias)
Sensible a cambios de presión y temperatura en elfluido.
Se aplica a fluidos en dónde otros caudalímetros fallan(fluidos con gran proporción de partículas en suspensión,líquidos mezclados con altas concentraciones de gases).
No produce obstrucción en el ducto (sin pérdida decarga)
CAUDALÍMETROS ULTRASÓNICOSBasados en el efecto Doppler (Características)
Cu
rso
: In
str
um
en
tac
ión
In
du
str
ial
de P
roc
es
os
Dep
art
am
en
to d
e I
ng
en
ierí
a d
e P
roc
es
os y
ges
tió
n In
du
str
ial
CAUDALÍMETROS ULTRASÓNICOSBasados en el efecto Doppler
FIJO
PORTATIL
Cu
rso
: In
str
um
en
tac
ión
In
du
str
ial
de P
roc
es
os
Dep
art
am
en
to d
e I
ng
en
ierí
a d
e P
roc
es
os y
ges
tió
n In
du
str
ial
Cuando el fluido eslimpio, se emiten pulsosultrasónicos alternati-vamente en el sentidode flujo y en contra delsentido de flujo.
Se mide la diferenciadel tiempo de tránsitode la onda en uno yotro sentido.
CAUDALÍMETROS ULTRASÓNICOSMedición de tiempo de tránsito
EMISORSENSOR 1
EMISORSENSOR 2
Cu
rso
: In
str
um
en
tac
ión
In
du
str
ial
de P
roc
es
os
Dep
art
am
en
to d
e I
ng
en
ierí
a d
e P
roc
es
os y
ges
tió
n In
du
str
ial
CAUDALÍMETROS ULTRASÓNICOSMedición de tiempo de tránsito
EMISORSENSOR 1
EMISORSENSOR 2
cosαvcsenα
Dt1
cosα vc senα
Dt2
D 2
Δt tgα cv
2La velocidad media del fluidoresulta proporcional a la diferenciade los dos tiempos de tránsito ∆t
Cu
rso
: In
str
um
en
tac
ión
In
du
str
ial
de P
roc
es
os
Dep
art
am
en
to d
e I
ng
en
ierí
a d
e P
roc
es
os y
ges
tió
n In
du
str
ial
CAUDALÍMETROS ULTRASÓNICOSMedición de tiempo de tránsito - Montajes
DiagonalApto para caudalesaltos y aplicacionescon régimen tur-bulento
A
FlujoLiquido
Sensor-Emisor 1
B
Pared del caño
Sensor-Emisor 2
A B
FlujoLiquido
Pared del caño
Sensor-Emisor 1 Sensor-Emisor 2
ReflexFácil calibración.Amplia gama deaplicaciones.
Cu
rso
: In
str
um
en
tac
ión
In
du
str
ial
de P
roc
es
os
Dep
art
am
en
to d
e I
ng
en
ierí
a d
e P
roc
es
os y
ges
tió
n In
du
str
ial
CAUDALÍMETROS ULTRASÓNICOSMedición de tiempo de tránsito - Montajes
Se aplica a velocidades bajas de líquidos y para cañerías de diámetros reducidos.
Son relativamente más fáciles de calibrar
Doble Reflex
A BA B
Sensor-Emisor 1 Sensor-Emisor 2
FlujoLiquido
Pared del caño
Flujo Liquido
Pared del caño
Sensor-Emisor 1 Sensor-Emisor 2
Triple Reflex
Cu
rso
: In
str
um
en
tac
ión
In
du
str
ial
de P
roc
es
os
Dep
art
am
en
to d
e I
ng
en
ierí
a d
e P
roc
es
os y
ges
tió
n In
du
str
ial
CAUDALÍMETROS ULTRASÓNICOSMedición de tiempo de tránsito – Instalación
Las mayores restricciones se dan para el montaje en diagonal de emisor y sensor
Cu
rso
: In
str
um
en
tac
ión
In
du
str
ial
de P
roc
es
os
Dep
art
am
en
to d
e I
ng
en
ierí
a d
e P
roc
es
os y
ges
tió
n In
du
str
ial
CAUDALÍMETROS ULTRASÓNICOSMedición de tiempo de tránsito – Montajes
Aumentando el número de pares desensores-emisores se puede mejorar larangeabilidad y precisión de losinstrumentos.
Diagonal
Cordal
En arreglo cordal del camino acústico evita interferencia de burbujas de gases (tope) o de partículas (fondo)
burbujas
sólidos
Cu
rso
: In
str
um
en
tac
ión
In
du
str
ial
de P
roc
es
os
Dep
art
am
en
to d
e I
ng
en
ierí
a d
e P
roc
es
os y
ges
tió
n In
du
str
ial
CAUDALÍMETROS ULTRASÓNICOSMedición de tiempo de tránsito – Tipos
InvasivosUsan más de una vía
acústica. Tienen mayor exactitud y se aplican
incluso a gases.
No InvasivosSe montan sobre el exterior de la cañería (“clap on”), incluso pueden ser portátiles
Cu
rso
: In
str
um
en
tac
ión
In
du
str
ial
de P
roc
es
os
Dep
art
am
en
to d
e I
ng
en
ierí
a d
e P
roc
es
os y
ges
tió
n In
du
str
ial
CAUDALÍMETROS ULTRASÓNICOSComparación de principios operativos
El fluido debe contener partículas o burbujas
Mide diferencia de frecuencia de ultrasonido
Se aplica solo a líquidos
Generalmente no invasivo
El fluido debe ser relativamente limpio
Mide diferencia de tiempo de tránsito
Se aplica a líquidos y gases
Puede ser invasivo y no invasivo
Cu
rso
: In
str
um
en
tac
ión
In
du
str
ial
de P
roc
es
os
Dep
art
am
en
to d
e I
ng
en
ierí
a d
e P
roc
es
os y
ges
tió
n In
du
str
ial
CAUDALÍMETROS ULTRASÓNICOSModelos duales
Hay dispositivos que tienen la posibilidad de medir lavelocidad del fluido por los dos principios y se conmuta a unou otro automáticamente según se precise. A estoscaudalímetros se los denomina duales.
Cu
rso
: In
str
um
en
tac
ión
In
du
str
ial
de P
roc
es
os
Dep
art
am
en
to d
e I
ng
en
ierí
a d
e P
roc
es
os y
ges
tió
n In
du
str
ial
CAUDALÍMETROS ULTRASÓNICOS
Pérdida de carga baja o nula
No posee partes móviles (bajo mantenimiento)
Se puede usar con líquidos sucios)
Gran exactitud para tiempo de transito(típicamente 0,4% a 0,9% Span)
Versatilidad para usar con distintos diámetros ensistema “camp-on” tramos rectos de cañerías
Relativamente económicos para grandes diámetros
Instalación no invasiva si se requiere.
Requiere régimen de flujo establecido.
Según el principio de funcionamiento,hay restricciones para el tipo de fluido
TIPOS DE CAUDALÍMETROS (Norma BS-7405)
Cu
rso
: In
str
um
en
tac
ión
In
du
str
ial
de P
roc
es
os
Dep
art
am
en
to d
e I
ng
en
ierí
a d
e P
roc
es
os y
ges
tió
n In
du
str
ial Convencionales de presión diferencial
Otros tipos de presión diferencial
De desplazamiento positivo
Rotatorios
Oscilatorios para fluidos
Electromagnéticos
Ultrasónicos
Másicos directos e indirectosTérmicos
Otros para fluidos en ductos cerrados
Para sólidos
De canal abierto
De Área variable
Cu
rso
: In
str
um
en
tac
ión
In
du
str
ial
de P
roc
es
os
Dep
art
am
en
to d
e I
ng
en
ierí
a d
e P
roc
es
os y
ges
tió
n In
du
str
ial
CAUDALÍMETROS MÁSICOS
Caudalímetros que midendirectamente caudal másico. Aeste tipo pertenecen losmedidores tipo CoriolisTérmicos y de Torsión.
Existen muchas aplicaciones en las que la medición de caudalvolumétrico no es suficiente, fundamentalmente cuando lascondiciones del fluido varían apreciablemente. Hay dos tiposde dispositivos:
Dispositivos que midencaudal volumétrico ytambién presión, tempera-tura y eventualmentedensidad. La combinaciónse hace en la misma unidado en unaexterna decómputode flujo másico
T
T
P
PΔPρCYΔPρCY
ρρ
ΔPCYQρW
0
0
0
Cu
rso
: In
str
um
en
tac
ión
In
du
str
ial
de P
roc
es
os
Dep
art
am
en
to d
e I
ng
en
ierí
a d
e P
roc
es
os y
ges
tió
n In
du
str
ial
CAUDALÍMETRO MÁSICO MULTIVARIABLE
Puede ser un transmisor diferencial conectado a un medidordiferencial que mide también presión y temperatura. Elcómputo del caudal másico se hace en el mismo instrumento oen una unidad ad hoc.
Cu
rso
: In
str
um
en
tac
ión
In
du
str
ial
de P
roc
es
os
Dep
art
am
en
to d
e I
ng
en
ierí
a d
e P
roc
es
os y
ges
tió
n In
du
str
ial
CAUDALÍMETRO MÁSICO MULTIVARIABLE
Un elemento de este tipo es uno que mide flujo volumétricocomo un caudalímetro magnético y simultáneamente sensadensidad utilizando radiación gamma. Ya casi no se usa porlos errores que introducen cada una de las mediciones.
Fuente de radiación
gamma
Electrodo
Fluido
Campo magnético
Bobina de campo
Detector
Bobina de campo
dt
dmωrM
ωmrdt
dM
Iωdt
d
dt
dJM
2
2
Cu
rso
: In
str
um
en
tac
ión
In
du
str
ial
de P
roc
es
os
Dep
art
am
en
to d
e I
ng
en
ierí
a d
e P
roc
es
os y
ges
tió
n In
du
str
ial
CAUDALÍMETRO MÁSICO DE MOMENTO ANGULAR
Uno de los primeros instrumentos para medición de caudalmásico en línea. Un rotor de velocidad angular constante impulsael fluido sobre una turbina que mecánicamente mantiene unavelocidad de rotación. El dispositivo sensa el momento que debehacerse sobre la turbina para mantener la velocidad constante.Poco robusto, sujeto a desgaste mecánico.
Motor de velocidad constante
Espacio anular
Turbina
Sección YY
Rotor
Resorte
r
Momento proporcional al caudal másico
Cu
rso
: In
str
um
en
tac
ión
In
du
str
ial
de P
roc
es
os
Dep
art
am
en
to d
e I
ng
en
ierí
a d
e P
roc
es
os y
ges
tió
n In
du
str
ial
CAUDALÍMETRO MÁSICO DE EFECTO CORIOLISPrincipio de Funcionamiento
Considerar un fluido moviéndose a velocidad v enun tubo elástico que rota a velocidad angularconstante ω. El fluido flexionará el tubo.
Velocidad angular
Velocidad del fluido
ωv
Deflexión
Cu
rso
: In
str
um
en
tac
ión
In
du
str
ial
de P
roc
es
os
Dep
art
am
en
to d
e I
ng
en
ierí
a d
e P
roc
es
os y
ges
tió
n In
du
str
ial
CAUDALÍMETRO MÁSICO DE EFECTO CORIOLISPrincipio de Funcionamiento
Si la masa m se mueve a velocidad vdesde el centro hacia la periferia,sufrirá una aceleración (en el sentidotangencial) que modificará latrayectoria. La fuerza asociada a esaaceleración es la Fuerza de Coriolis.
Velocidad angularω
masa m
Velocidad v
trayectoria
tC v ω m 2F
Cu
rso
: In
str
um
en
tac
ión
In
du
str
ial
de P
roc
es
os
Dep
art
am
en
to d
e I
ng
en
ierí
a d
e P
roc
es
os y
ges
tió
n In
du
str
ial
CAUDALÍMETRO MÁSICO DE EFECTO CORIOLISPrincipio de Funcionamiento
Si la masa m de un fluidose mueve en un tubo en“U” a velocidad v y eltubo está sometido a unarotación, sufrirá unaaceleración en el sentidotangencial (Fuerza deCoriolis) que dependeráde la rama del tubo .
t
t
v ρV ω 2
v ω m 2FFc
-Fc
ω
Cu
rso
: In
str
um
en
tac
ión
In
du
str
ial
de P
roc
es
os
Dep
art
am
en
to d
e I
ng
en
ierí
a d
e P
roc
es
os y
ges
tió
n In
du
str
ial
CAUDALÍMETRO MÁSICO DE EFECTO CORIOLISPrincipio de Funcionamiento
Hay diversos modelos. Una posibilidad es el doble tubo en “u”.El fluido fluye por dos tubos paralelos. Un elemento (nomostrado) induce una vibración de los tubos. Cuando circula unfluido se produce una torsión adicional. Se inducen de 80 a1000 vibraciones por segundo.
Accionamiento para vibración
Sensor de vibración
Sensor de vibración
Se sensa la vibración en dos puntos
Cu
rso
: In
str
um
en
tac
ión
In
du
str
ial
de P
roc
es
os
Dep
art
am
en
to d
e I
ng
en
ierí
a d
e P
roc
es
os y
ges
tió
n In
du
str
ial
CAUDALÍMETRO MÁSICO DE EFECTO CORIOLISPrincipio de Funcionamiento
Cuando el fluido no se mueve (caudal nulo) la vibración de losdos tubos es simétrica. Cuando circula fluido, por efecto dela fuerza de Coriolis, hay un movimiento asimétrico del tuboque cambia según el sentido del movimiento de vibración.
Cu
rso
: In
str
um
en
tac
ión
In
du
str
ial
de P
roc
es
os
Dep
art
am
en
to d
e I
ng
en
ierí
a d
e P
roc
es
os y
ges
tió
n In
du
str
ial
CAUDALÍMETROMÁSICO DE EFECTOCORIOLISPrincipio de Funcionamiento
τ Proporcional al caudal másico
f Proporcional a la densidad
El principio independiente de latemperatura, presión, viscosi-dad, conductividad o tipo deflujo, lo que asegura robustez.
Cu
rso
: In
str
um
en
tac
ión
In
du
str
ial
de P
roc
es
os
Dep
art
am
en
to d
e I
ng
en
ierí
a d
e P
roc
es
os y
ges
tió
n In
du
str
ial CAUDALÍMETRO
MÁSICO DE EFECTO CORIOLIS
Cu
rso
: In
str
um
en
tac
ión
In
du
str
ial
de P
roc
es
os
Dep
art
am
en
to d
e I
ng
en
ierí
a d
e P
roc
es
os y
ges
tió
n In
du
str
ial
CAUDALÍMETRO MÁSICO DE EFECTO CORIOLISModelos
En el mercado haydiversos modelos conformas variadas paralos tubos.
Cu
rso
: In
str
um
en
tac
ión
In
du
str
ial
de P
roc
es
os
Dep
art
am
en
to d
e I
ng
en
ierí
a d
e P
roc
es
os y
ges
tió
n In
du
str
ial
CAUDALÍMETRO MÁSICO DE EFECTO CORIOLISModelos
Cu
rso
: In
str
um
en
tac
ión
In
du
str
ial
de P
roc
es
os
Dep
art
am
en
to d
e I
ng
en
ierí
a d
e P
roc
es
os y
ges
tió
n In
du
str
ial
CAUDALÍMETRO MÁSICO DE EFECTO CORIOLISCaracterísticas
Servicio recomendado: líquidos y gases,limpios, sucios y viscosos. Se aplica aalgunas suspensiones.
Rangeabilidad: 10:1 (o más)
Pérdida de carga: media a alta
Accuracy (típica): 0.1% Span (líquidos)y 0.35% Span en gases
Perfil de velocidades: no influye
Costo relativo: altos (inversión e instal.)
Tramos rectos de cañería: No requerido
Efecto de la viscosidad: nulo
Diámetros: mayores de ½”
Señal de salida: Lineal
Efecto de Vibraciones: alto
Cu
rso
: In
str
um
en
tac
ión
In
du
str
ial
de P
roc
es
os
Dep
art
am
en
to d
e I
ng
en
ierí
a d
e P
roc
es
os y
ges
tió
n In
du
str
ial
CAUDALÍMETRO MÁSICO DE EFECTO CORIOLIS
Características
Relación entreexactitud y
reangeabilidad
La pérdida de carga no tiene unacorrelación fija. Depende del dispositivo, su diámetro y el caudal.
TIPOS DE CAUDALÍMETROS (Norma BS-7405)
Cu
rso
: In
str
um
en
tac
ión
In
du
str
ial
de P
roc
es
os
Dep
art
am
en
to d
e I
ng
en
ierí
a d
e P
roc
es
os y
ges
tió
n In
du
str
ial Convencionales de presión diferencial
Otros tipos de presión diferencial
De desplazamiento positivo
Rotatorios
Oscilatorios para fluidos
Electromagnéticos
Ultrasónicos
Másicos directos e indirectos
TérmicosOtros para fluidos en ductos cerrados
Para sólidos
De canal abierto
De Área variable
Cu
rso
: In
str
um
en
tac
ión
In
du
str
ial
de P
roc
es
os
Dep
art
am
en
to d
e I
ng
en
ierí
a d
e P
roc
es
os y
ges
tió
n In
du
str
ial
CAUDALÍMETROS TÉRMICOSTipos
Los caudalímetros térmicosmiden flujo másico, funda-mentalmente de gases. Constade elementos en los que setransfiere calor y se midentemperaturas. Existen dostipos bien diferenciados:
CAUDALÍMETRO DE TUBO CAPILAR
CAUDALÍMETRO DE DISPESIÓN
TÉRMICA
Cu
rso
: In
str
um
en
tac
ión
In
du
str
ial
de P
roc
es
os
Dep
art
am
en
to d
e I
ng
en
ierí
a d
e P
roc
es
os y
ges
tió
n In
du
str
ial
CAUDALÍMETROS TÉRMICOS DE TUBO CAPILARPrincipio de Funcionamiento
Los caudalímetros térmicos de flujo capilar son losmás usados cuando se debe medir caudales bajos degases. Los componentes básicos son dos sensores detemperatura y un calentador eléctrico entre ambos
Film
Sensor de temperatura T1 Sensor de
temperatura T1
Calentador
)T(TC
RiW
12P
2
Los sensores detemperatura sonTermoresisten-cias de platino
Cu
rso
: In
str
um
en
tac
ión
In
du
str
ial
de P
roc
es
os
Dep
art
am
en
to d
e I
ng
en
ierí
a d
e P
roc
es
os y
ges
tió
n In
du
str
ial
CAUDALÍMETROS TÉRMICOS DE TUBO CAPILARPrincipio de Funcionamiento
La medición sehace en un tubocapilar (by pass).En la corrienteprincipal hay undispositivo paraestablecer flujolaminar.
W
W1
Orificio principal
Orificio de by pass
W2
Sistema de medición
W1 proporcional a W
De esta forma a partirde W1 se infiere W
Cu
rso
: In
str
um
en
tac
ión
In
du
str
ial
de P
roc
es
os
Dep
art
am
en
to d
e I
ng
en
ierí
a d
e P
roc
es
os y
ges
tió
n In
du
str
ial
CAUDALÍMETROS TÉRMICOS DE TUBO CAPILARPrincipio de Funcionamiento
W
W1
Conexión de entrada
W2
RTD de medición
Conexión de salida
Capilar
Válvulaelectro-maganética
CaudalRegulado
Algunos dispositi-vos son medido-res con sistemade control decaudal
Cu
rso
: In
str
um
en
tac
ión
In
du
str
ial
de P
roc
es
os
Dep
art
am
en
to d
e I
ng
en
ierí
a d
e P
roc
es
os y
ges
tió
n In
du
str
ial
CAUDALÍMETROS TÉRMICOSDE TUBO CAPILARPrincipio de Funcionamiento
Posición del capilar
Zona lineal
W1 > 0
W1
La alternativa es compa-rar el fluido en reposo(temperatura igual enlas dos sondas) con elfluido en movimento,transportando energíahacia la segundaresistencia.
Se produce unadiferencia de tempera-turas entre los doselementos que va aumen-tando a medida queaumenta el caudal.
El sensor trabaja en lazona lineal.
W1 = 0
Cu
rso
: In
str
um
en
tac
ión
In
du
str
ial
de P
roc
es
os
Dep
art
am
en
to d
e I
ng
en
ierí
a d
e P
roc
es
os y
ges
tió
n In
du
str
ial
CAUDALÍMETROS TÉRMICOS DE TUBO CAPILARCaracterísticas
Servicio recomendado: gases limpios, a caudales bajos(hasta 10 scft/min). Algunos fabricantes ofrecen paralíquidos.
Rangeabilidad: 10:1 (hasta 100:1)
Pérdida de carga: media a alta
Accuracy (típica): 1% FS
Perfil de velocidades: no influye
Calibración: específica de fábrica
Efecto de Vibraciones: nulo
Señal de salida: Lineal
Cu
rso
: In
str
um
en
tac
ión
In
du
str
ial
de P
roc
es
os
Dep
art
am
en
to d
e I
ng
en
ierí
a d
e P
roc
es
os y
ges
tió
n In
du
str
ial
CAUDALÍMETROS TÉRMICOS DE DISPERSIÓNPrincipio de Funcionamiento
Existen disposi-tivos completos(tramo de cañe-ría) y versionesinsertables.
Los dos elementossensibles estánsumergidos en elfluido cuyo caudalse mide.
Cu
rso
: In
str
um
en
tac
ión
In
du
str
ial
de P
roc
es
os
Dep
art
am
en
to d
e I
ng
en
ierí
a d
e P
roc
es
os y
ges
tió
n In
du
str
ial
CAUDALÍMETROS TÉRMICOS DE DISPERSIÓNPrincipio de Funcionamiento
Los dos elementos sensiblestiene termorresistencias deplatino para medir latemperatura de lasuperficie.
Uno de ellos cuenta conuna resistencia por la quecircula una corriente quedisipa calor.
Se calcula
)T(T AhRi 12
2
Sonda calefaccionada Sonda no
calefaccionada
Se miden
Cu
rso
: In
str
um
en
tac
ión
In
du
str
ial
de P
roc
es
os
Dep
art
am
en
to d
e I
ng
en
ierí
a d
e P
roc
es
os y
ges
tió
n In
du
str
ial
CAUDALÍMETROS TÉRMICOS DE DISPERSIÓNPrincipio de Funcionamiento
El coeficiente pelicular detransferencia h en mediogaseoso se correlaciona conel caudal másico a travésdel N de Reynolds
m Wbah
mRePrBANu 3
1
m
μ
v ρ D
k
μ Cp BA
k
D h 31
El dispositivo se calibra en fábricapara un gas específico. Aprovechandola medición de temperatura, se hacela corrección de las propiedades
Cu
rso
: In
str
um
en
tac
ión
In
du
str
ial
de P
roc
es
os
Dep
art
am
en
to d
e I
ng
en
ierí
a d
e P
roc
es
os y
ges
tió
n In
du
str
ial
CAUDALÍMETROS TÉRMICOS DE DISPERSIÓNModos de operación
MODO 1 - Se hace circular unacorriente (flujo de energía)constante y se mide ladiferencia de temperatura.
MODO 2 - Se mantiene unadiferencia de temperaturaconstante y se ajusta lacorriente que se hace circular
La mayor sensibilidad a bajos caudales hace que estosdispositivos tengan gran rangeabilidad
Cu
rso
: In
str
um
en
tac
ión
In
du
str
ial
de P
roc
es
os
Dep
art
am
en
to d
e I
ng
en
ierí
a d
e P
roc
es
os y
ges
tió
n In
du
str
ial
CAUDALÍMETROS TÉRMICOS DE DISPERSIÓNModos de operación
MODO 1 - Se hace circular unacorriente (flujo de energía)constante y se mide ladiferencia de temperatura.
MODO 2 - Se mantiene unadiferencia de temperaturaconstante y se ajusta lacorriente que se hace circular
Los sensores basadosen el MODO 2 deoperación presentanmenores tiempos derespuesta.
Cu
rso
: In
str
um
en
tac
ión
In
du
str
ial
de P
roc
es
os
Dep
art
am
en
to d
e I
ng
en
ierí
a d
e P
roc
es
os y
ges
tió
n In
du
str
ial
CAUDALÍMETROS TÉRMICOS DE DISPERSIÓNPérdida permanente de cargaComo ofrece poca superficie de impacto, la pérdida de cargapermanente es insignificante.
Cu
rso
: In
str
um
en
tac
ión
In
du
str
ial
de P
roc
es
os
Dep
art
am
en
to d
e I
ng
en
ierí
a d
e P
roc
es
os y
ges
tió
n In
du
str
ial
CAUDALÍMETROS TÉRMICOS DE DISPERSIÓNInstalación
Como los senso-res hacen medi-ciones puntualesdel perfil develocidadesinfluye.
Esto obliga a mantener tramos rectos de cañe-rías antes y después o a usar enderezadores de vena fluida
Cu
rso
: In
str
um
en
tac
ión
In
du
str
ial
de P
roc
es
os
Dep
art
am
en
to d
e I
ng
en
ierí
a d
e P
roc
es
os y
ges
tió
n In
du
str
ial
CAUDALÍMETROS TÉRMICOS DE DISPERSIÓNSondas de multipuntoPara mejorar la performance, existen modelos que realizanla medición en más de un punto.
Se usan para medir flujos enductos de sección rectangular.
Cu
rso
: In
str
um
en
tac
ión
In
du
str
ial
de P
roc
es
os
Dep
art
am
en
to d
e I
ng
en
ierí
a d
e P
roc
es
os y
ges
tió
n In
du
str
ial
CAUDALÍMETROS TÉRMICOS DE DISPERSIÓNSondas de multipuntoPara mejorar la performance, existen modelos que realizanla medición en más de un punto.
Cu
rso
: In
str
um
en
tac
ión
In
du
str
ial
de P
roc
es
os
Dep
art
am
en
to d
e I
ng
en
ierí
a d
e P
roc
es
os y
ges
tió
n In
du
str
ial
CAUDALÍMETROS TÉRMICOS DE DISPERSIÓNCaracterísticas
Servicio recomendado: gases limpios (diámetros de 2 a 24plg). Se adapta ductos de secciones rectangulares.
Rangeabilidad: 10:1 a 100:1
Pérdida de carga: relativamente baja
Accuracy (típica): 0.1 a 0.5 % R
Calibración: específica de fábrica
Efecto de Vibraciones: nulo
Señal de salida: Lineal (linealizada)
Disponible en versiones de inserción
Cu
rso
: In
str
um
en
tac
ión
In
du
str
ial
de P
roc
es
os
Dep
art
am
en
to d
e I
ng
en
ierí
a d
e P
roc
es
os y
ges
tió
n In
du
str
ial
CAUDALÍMETROS TÉRMICOSComparación de principios operativos
Aplicable a gases y algunos líquidos
Apto para caudales bajos
Buena exactitud (típica 0.5 % Span)
Calibrados Para fluidos específicos
El fluido debe ser un gas
Mide caudales medios y grandes
Exactitud en el orden de 1 % Span
Calibrados para gases específicos