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•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)
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ial Convencionales de presión diferencial
Otros tipos de presión diferencial
De desplazamiento positivo
Rotatorios
Oscilatorios para fluidos
Electromagnéticos
Ultrasónicos
Másicos directos e indirectos
Térmicos
Otros para fluidos en ductos cerrados
Para sólidos
De canal abierto
De Área variable
CAUDALÍMETROS PARA CANALES ABIERTOS
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n In
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ial Es ampliamente utilizado en muchas
industrias, en particular en lamedición de efluentes industrialesy domiciliarios. Son típicamenteutilizados para grandes flujos queno pueden ser transportadosdentro de conductos.
Para medir el caudal, se estrechala sección transversal del canal, acelerandola circulación y variando la altura del líquido.
Elemento Primario: Vertedero o canaleta que acelera el flujo
Elemento Secundario:Transmisor/indicador denivel
CAUDALÍMETROS PARA CANALES ABIERTOSVertederos
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Se utilizan vertederos de formas variadas que provocan unadiferencia de alturas de líquido en el canal entre la zonaanterior del vertedero y su punto más bajo.El vertedero debe formar un ángulo recto con la dirección delcaudal y el canal aguas arriba debe ser recto como mínimo enuna distancia de 10 veces el ancho.
Rectangular Cippoletti Triangular
Un vertedero es una placa (metálica o de concreto) colocadatransversalmente a la corriente con una hendidura a través dela cual pasa la corriente líquida.
CAUDALÍMETROS PARA CANALES ABIERTOSVertederos
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La altura delLíquido sobre elvertedero se rela-ciona mediantefórmulas empíricas.
Rectangular
Cipolletti
Triangular
CAUDALÍMETROS PARA CANALES ABIERTOSVertederos
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Para el dimensionamiento, se debedeterminar la Hmax correspon-diente al caudal máximo. Lasdimensiones restantes se relacio-nan con este parámetro.
Rectangular
Cipolletti
Triangular
maxmax 3H X3HL
CAUDALÍMETROS PARA CANALES ABIERTOSVertederos
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Cipolletti
Triangular Rectangular
La precisión varíadel 2 al 5 % conrangeabilidad alta(25:1).Requieren manteni-miento por acumu-lación de sedimen-tos contra elvertedero.
CAUDALÍMETROS PARA CANALES ABIERTOSVertederos lineales
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Los vertederos vistos tienen unarelación no lineal entre altura de lacresta líquida y caudal.
Pa tener una relación lineal, elvertedero debe tener un perfil muyespecial como el de la figura.
No se usan amenudo, debido a suestructura intrín-secamente débil ytendencia a obs-truirse con lossólidos en suspen-sión del líquido
CAUDALÍMETROS PARA CANALES ABIERTOSCanaletas Parshall
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Estos dispositivos se aplican conlíquidos con alto porcentaje de sólidoso cuando el espacio disponible no essuficiente para usar vertederos.
Este elemento fuedesarrollado por R.L.Parshall en 1920 queestableció el estándar.
Se fabrican comopiezas completas demetal u otro materialresistente o se cons-truyen en concreto.
Pérdida de carga baja
Alta Rangeabilidad: hasta 40:1
Evita acumulación de sedimentos
No posee partes móviles (bajo mantenimiento)
Moderada exactitud (típicamente 3% a 10% R).
Gran variedad de tamaños y disponibles comercialmente.
Pueden diseñarse, pero tienen una geometría complicada
CAUDALÍMETROS PARA CANALES ABIERTOSCanaletas Parshall
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Sección convergente
Sección divergente
Garganta
Las canaletasconsisten en unarestricción en lasección de pasaje deun canal en el quetambién se cambia elnivel de fondo.
CAUDALÍMETROS PARA CANALES ABIERTOSCanaletas Parshall
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El caudal de líquido serelaciona con lapotencia 3/2 del nivel(aunque variable deacuerdo al tamaño).
Para el dimensiona-miento se deteminaprimero hmax para elmáximo caudal y conéste calcula W (anchode la canaleta en lazona estrechada).
Hay fórmulas ygráficas disponibles
CAUDALÍMETROS PARA CANALES ABIERTOSCanaletas Parshall
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W
Dimensiones en pulgadas
CAUDALÍMETROS PARA CANALES ABIERTOSCanaletas
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Hay varios tipos de canaletas para medición de caudal, aparte dela Parshall, que incluso se comercializan.
CAUDALÍMETROS PARA CANALES ABIERTOSCanaletas y Vertederos – Medición del nivel
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Las canaletas y vertederos sonelementos primarios. Se requieremedir el nivel para inferir el caudal.
Si solo se necesita una indicaciónlocal, bastará con una reglagraduada en el punto de medición oun flotador.
Transmisor
Indicador
Si se necesita transmisión (yeventualmente con registro yalarma) lo más difundido en laactualidad son los medidoresultrásonicos.
Antes era usual transmisores depresión diferencial (directos o porburbujeo según la posición delelemento primario).
CAUDALÍMETROS PARA CONDUCTOS CERRADOSINUNDADOS PARCIALMENTE
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Para medir el caudal que circula poruna cañería que no está inundadacompletamente se requiere lavelocidad (perfil) y la sección depasaje.
v AQ
Depende de la altura
Depende del régimen y la
altura
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Los dispositivos que se comercializan,integran estas dos mediciones parainferir el caudal, utilizando uno o mássensores.
CAUDALÍMETROS PARA CONDUCTOS CERRADOSINUNDADOS PARCIALMENTE
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Hay sensores con un solo elementosensible que utiliza ultrasonido(efecto Doppler). El transductortransmite pulsos en el medio amedir.
Las partículas o burbujas del medioreflejarán estos pulsos. Dichosensor cambia al modo de recepciónpoco después de haber enviado unpulso y recibe el eco del ultrasonidocomo una característica del perfilde velocidades. El escaneo permitedeterminar la velocidad media.
El mismo dispositivo, envíaultrasonido en sentido vertical paracalcular con el eco la altura delíquido. Mediante operación internase infiere caudal.
Determina la velocidad
media
Determina la altura
CAUDALÍMETROS PARA CONDUCTOS CERRADOSINUNDADOS PARCIALMENTE
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Hay dispositivos que montan en la cañería una canaleta y medianteultrasonido infieren caudal midiendo altura del líquido
Sensor ultrásonicode nivel
Canaleta trapecial
Armadura de acero inoxidable
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Alta Rangeabilidad: hasta 60:1
Evita acumulación de sedimentos
No posee partes móviles (bajomantenimiento)
Moderada exactitud (típicamente3% a 5% R).
Disponibles para diámetros entre 4y 24 plg
Se adaptan a la estructuraexistente.
Permite indicación, transmisión ysalidas de alarmas e interruptores
CAUDALÍMETROS PARA CONDUCTOS CERRADOSINUNDADOS PARCIALMENTE
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Sensor ultrásonicode nivel
Canaleta trapecial
Armadura de acero inoxidable
Cuando la altura del líquido en el conducto puede cambiar en un rangoamplio, se recurre a una segunda medición por ultrasonido.
Sensor ultrasónico de
tiempo de tránsito
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Por debajo de 1/3 de lacañería, Se mide nivel porultrasonido en la canaletatrapecial.
BAJO RANGO
ALTO RANGO
Por encima de 1/3 de lacañería, Se mide nivel porultrasonido y se determinavelocidad con sensores detiempo de tránsito.
ALTO RANGOBAJO RANGO
CAUDALÍMETROS PARA CONDUCTOS CERRADOSINUNDADOS PARCIALMENTE
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Rangeabilidad: hasta 60:1
Exactitud (típica 3% a 5% R) Diámetros: 4 a 24 plg
Se adaptan a la estructuraexistente.
Puede trabajar con cañeríallena
BAJO RANGO
Rangeabilidad: hasta 60:1
Exactitud (típica 1% a 2% R)
ALTO RANGO
CAUDALÍMETROS PARA CONDUCTOS CERRADOSINUNDADOS PARCIALMENTE
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Hay dispositivos electromagnéticos que sirven para medir flujo encañerías no completamente llenas. El principio es similar.
Circuito de excitación magnética
Señal de fem de salida
Electrodo
Anillo conectado a Tierra
Bobinas
Tubo de medición
Electrodo
Anillo conectado a Tierra
Diámetros de 8 a 64 plgMedida cañerías llenas entre 10 y 100 %Exactitud: 1% RCondutividad mínima del liquido: 300 μS/cm
SELECCIÓN DE CAUDALÍMETROSC
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La variedad y cantidad de proveedores hace que la selección seacada vez más compeja. La elección deberá satisfacer losrequerimientos de la aplicación, performance y costo.
La norma británica BS-7405 empleando más de 100diseños con más de 200 proveedores proporciona unametodología para la selección de caudalímetros.
La norma BS-7405empleó el principiode funcionamientopara clasificar losdistintos tipos demedidores que con-formaron la estruc-tura de la norma:
GRUPO DESCRIPCIÓN1 Convencionales de presión diferencial2 Otros tipos de presión diferencial3 De desplazamiento positivo4 Inferenciales5 Oscilatorios para fluidos6 Electromagnéticos7 Ultrasónicos8 Másicos directos e indirectos9 Térmicos10 Otros para fluidos en ductos cerrados11 Para sólidos12 De canal abierto
El costo de compra e instalación (inversión) sonfáciles de determinar. Los costos demantenimiento y operacionales son más difícilesde definir y pueden tener mucha influencia
SELECCIÓN DE CAUDALÍMETROSNorma BS-7405
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Las necesidades de la aplicación constituyen laprimera restricción a examinar. Paradescartar las alternativas no satisfactoriasse consideran: diámetros, propiedades delfluido, restricciones de la instalación ylimitaciones ambientales.
Requerimientos de la aplicación
Requerimientos de costo
Los requerimientos de performance reflejan lacalidad de la medición y las necesidades parael control del sistema. Se puede consultar laTablas de fabricantes para descartar loselementos primarios que no cumplan con lasexigencias.
Requerimientos de performance
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¿Qué fluido se maneja? Gas, vapor, liquido,suspensión, pasta.
¿Fluido limpio o sucio? ¿Mezcla de fluidos?
Condiciones de flujo (presión, temperatura,régimen).
Restricciones impuestas por la instalación(diámetro, tramos rectos, dirección del flujo).
Restricciones de las condiciones ambientales:temperatura, atmósfera inflamable, efecto decampos electromagnéticos.
Las necesidades de la aplicación constituyen laprimera restricción a examinar. Paradescartar las alternativas no satisfactoriasse consideran: diámetros, propiedades delfluido, restricciones de la instalación ylimitaciones ambientales.
Requerimientos de la aplicación
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Los requerimientos de performance reflejan lacalidad de la medición y las necesidades parael control del sistema. Se puede consultar laTablas de fabricantes para descartar loselementos primarios que no cumplan con lasexigencias.
Requerimientos de performance
La propia norma ofrece una tabla,algo desactualizada al día de hoy,que puede complementarse contablas de fabricantes para poderdeterminar qué dispositivos cubrenlos requisitos de performance
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SELECCIÓN DE CAUDALÍMETROSNorma BS-7405
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.Requerimientos de performance
SELECCIÓN DE CAUDALÍMETROSNorma BS-7405
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SELECCIÓN DE CAUDALÍMETROS Norma BS-7405
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.Requerimientos de performance
El costo de compra e instalación (inversión) sonfáciles de determinar. Los costos demantenimiento y operacionales son más difícilesde definir y pueden tener mucha influencia
SELECCIÓN DE CAUDALÍMETROSNorma BS-7405
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Requerimientos de costo
Una vez descartados los dispositivos queno satisfacen los requerimientos de laaplicación y de performance, lasalternativas restantes se las evalúaeconómicamente teniendo en cuenta lainversión inicial, los costos demantenimiento y operacionales, la vidaútil y la tasa de corte de la empresa.
La norma BS-7405 proporciona tablasindicativas.
Al final del proceso se debería obteneruna lista con los tipos de medidores y unorden de preferencias.
SELECCIÓN DE CAUDALÍMETROS Norma BS-7405
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Requerimientos de costo
SELECCIÓN DE CAUDALÍMETROS Norma BS-7405
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Requerimientos de costo
SELECCIÓN DE CAUDALÍMETROS Norma BS-7405
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Requerimientos de costo
Los costos operativos son los más difíciles de determinar.Normalmente están relacionados con el gasto de energía. Haypublicaciones que permiten por ejemplo estimar la pérdida de carga enla línea asociable al costo de bombeo.
SELECCIÓN DE CAUDALÍMETROS Norma BS-7405
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Requerimientos de costo
El costo de mantenimento debecontemplar todo lo que implica manteneroperativo el instrumento de medición.
Se debe incluir los elementos que debencambiarse periódicamente (juntas,conectores, etc.) y la mano de obraadicional.