2010-12-27

Medidores de Caudal

Los Medidores de Caudal son dispositivos que, instalados en una tubería, permiten conocer el flujo volumétrico o caudal que está circulando por la misma, parámetro éste de muchísima importancia en aquellos procesos que involucran el transporte de un fluido. La mayoría de los medidores de caudal se basan en un cambio del área de flujo, lo que provoca un cambio de presión que puede relacionarse con el caudal a través de la ecuación de Bernoulli.
Existen varios tipos de medidores, sin embargo; los más utilizados en la industria son: de Placa Orificio, de Tobera de Flujo y por ultimo el conocidísimo Tubo Venturi. Todos estos, explicados a continuación:

Placa Orificio 
A modo general, este medidor es una placa que se puede sujetar con bridas http://es.wikipedia.org/wiki/Brida_(tuber%C3%ADas) a la tuberia. Al ser de geometria simple, es de facil instalacion y bajo costo, ademas que no retiene muchas particulas suspendidas en el fluido dentro del orificio. Sin embargo, estas particulas se pueden acumular en la entrada de la placa y se puede entonces poner un orificio excentrico en el nivel del fondo de la tubería para disminuir las pérdidas de carga por el roce que ocasionan. Asi, las mayores desventajas de este medidor son su capacidad limitada y la alta perdida de carga ocasionada tanto por los residuos del fluido como por las perdidas de energia que se producen cuando se forman vórtices a la salida del orificio. Se dividen en tres clases, concentricas, excentricas y segmentadas; sin embargo por su gran gran versatilidad se utilizan generalmente las excentricas que se muestran a continuación.


La concéntrica sirve para líquidos, la excéntrica para los gases donde los cambios de presión implica condensación, cuando los fluidos contienen un alto porcentaje de gases disueltos.
Consideraciones acerca de las Placas Orificios:
  • Los medidores de caudal por diferencia de presión ocasionan una pérdida permanente de presión, inferior a la ocasionada por la restricción, la cual, en caso de ser necesario, debe ser compensada para retornar a las condiciones originales del sistema
  • Cuando la relación entre el diámetro del orificio o garganta es pequeño en comparación con el diámetro de la tubería, se genera mayor precisión de la lectura manométrica,  no obstate, representa una mayor pérdida de presión por fricción y puede producir una presión baja no deseada en la contracción, suficiente en algunos casos para que se liberen gases disueltos o se evapore líquido en este punto (cavitación).
  • Los accesorios como codos y válvulas producen perturbaciones en el flujo que afectan la medición, por ello se debe mantener una sección recta de alrededor de 5a 30D
Requisitos que deben cumplirse para la instalacion de placas orificios:
  1. El flujo que da la cara al flujo corriente arriba debe ser un ángulo recto cualquier redondeo en el filo no deberá exceder de 0.25% del diámetro del orificio para asegurar una exactitud en la medición dentro del 0.1%
  2. La cara corriente arriba debe estar tan pulida como comercialmente sea posible.
  3. La porción de la placa que se extiende dentro de la tubería deberá ser plana dentro de una tolerancia de 0.01" por pl. de radio.
  4. La placa de orificio debe sentarse en la tubería de manera tal que la excentricidad sea menos 3% del diámetro de la tubería.
Ventajas:
La gran ventaja de la placa de orificio en comparación con los otros elementos primarios de medición, es que debido a la pequeña cantidad de material y al tiempo relativamente corto de maquinado que se requiere en su manufactura, su costo llega a ser comparativamente bajo, aparte de que es fácilmente reproducible, fácil de instalar y desmontarse y de que se consigue con ella un alto grado de exactitud.

Desventajas:
  1. Es inadecuada en la medición de fluidos con sólidos en suspensión.
  2. No conviene su uso en la medición de vapores (se necesita perforar la parte inferior)
  3. El comportamiento en su uso con fluidos viscosos es errático pues la placa se calcula para una temperatura y una viscosidad dada.
  4. Produce las mayores perdidas de presión en comparación con los otros elementos primarios.
Simbolo para P&ID


Tobera de Flujo
La tobera de flujo, es un instrumento de medición que permite medir diferecial de presiones 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 hidrodinamica evita que sedimentos transportados por el fluido queden adheridos a la tobera.
La instalacion de este medidor requiere que la tuberia donde se vaya a medir caudal, este en linea recta sin importar la orientacion que esta tenga. Si se esta tratando con fluidos como gases, conviene que la tuberia este en linea recta.
Instrucciones de instalacion y tomas de presión
En tuberías horizontales e inclinadas las conexiones de presión para la tubería desde la boquilla de flujo al instrumento, deben hacerse, como sigue: (a) en instalaciones para gas a la parte alta de la tubería o brida, (b) en instalaciones para líquidos a un lado de la tubería o brida, y (c) en instalaciones para vapor, a la parte alta de la tubería o brida cuando el instrumento esta por encima de la línea y a un lado, cuando esta por debajo. En tuberías verticales, las conexiones de presión pueden hacerse a cualquier lado.

Tubo Venturi
Un tubo venturi es un elemento de medición especialmente usado donde se necesiten generar diferencias de presiones altas. Además, es un medidor mucho mas preciso que los vistos anteriormente, pues dada su geometria, líneas de flujo que se juntan en la garganta lo hacen de tal manera que incluso este medidor otorga excelentes mediciones aún si se esta trabajando con liquidos viscosos o con liquidos con material en suspension pues en el cuello del venturi es muy difícil que queden sedimentos adheridos, dado que las velocidades son mucho más grandes.
A continuación, se entregan indicaciones de instalacion y medición de caudales usando tubos venturi
Instalación
El tubo del medidor esta colocado en la línea de tubería tal como un tubo ordinario, el cono menor formando el extremo de entrada o de flujo de arriba. El tubo mismo esta hecho de varias secciones, varían do el número de ellas según el tamaño del tubo. Cada secci6n tiene una muesca en la orilla de la brida para permitir un alineamiento exacto. El tubo puede instalar- se en cualquier posición: horizontal, vertical o inclinada.
El tubo "Venturi" debe introducirse en un tramo recto de la línea de tubería y tan lejano, hacia abajo como sea posible, de cualesquier origen de trastorno en el flujo, tal como reductores, válvulas, y grupos de conexiones. Para los largos mínimos de tubería recta que deben preceder al tubo de medición, consúltese la hoja de instrucciones de "Tramos de tubería para medidores"
En tuberías horizontales e inclinadas, las conexiones de presi6n para la tubería desde el tubo "Venturi" al instrumento, deben hacerse como sigue: (a) en instalaciones para gas, a la parte superior del tubo, (b) en instalaciones para liquidos, a un lado del tubo, y (c) en instalaciones para vapor, en la parte superior del tubo cuando el instrumento esta por encima de la línea, y al lado, cuando está por debajo.
En tubos verticales, las conexiones de presión pueden hacerse a cualquier lado del tubo.

Simbologia para P&ID


Comparación entre la placa orificio y el tubo Venturi:
Una placa orificio puede sustituirse fácilmente para ajustarse a diferentes ratas de flujo, el diámetro del Venturi es fijo entonces el rango de medición está limitado por la caída de presión causada por el Venturi.
La placa orificio genera una gran pérdida permanente de presión debido a la presencia de remolinos aguas abajo del orificio, la forma del Venturi previene la formación de remolinos lo cual reduce enormemente la pérdida permanente de presión.
La placa orificio es económica y fácil de instalar, el Venturi es costoso y debe ser cuidadosamente diseñado. Una placa orificio se puede reemplazar fácilmente mientras que un Venturi está diseñado para instalaciones permanentes.





















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