INTRODUCCIÓN

En este trabajo se tratara del tema de medidores de flujo, de las razones para las cuales se deben

utilizar, los tipos de medidores que se utilizan y los factores para seleccionar que tipo de medidor

de flujo usar.

Esto es de gran importancia en la industria ya que con ellos podremos mantener a los conductos

en buen estado y darles el mantenimiento apropiado para que su durabilidad y eficiencia sea la

máxima posible.

Los medidores de flujo son instrumentos utilizados para determinar la cantidad de flujo másico que

pasa a través de una tubería. También son conocidos como flujómetros, caudalimetros o

medidores de caudal.

Existe una gran cantidad de principios con los cuales operan este tipo de instrumentos, su

selección está en función de la precisión requerida de las lecturas, así como de su costo y

mantenimiento.

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1.-RAZONES PARA UTILIZAR MEDIDORES DE FLUJO

Existen cuatro razones primordiales para utilizar sistemas de medición de flujo son:

El conteo.

La evaluación del funcionamiento.

La investigación.

El control de procesos.

Siempre que se esté transfiriendo la custodia de un fluido, existe la necesidad de realizar un

conteo de las cantidades involucradas.

2.-TIPOS DE MEDIDORES DE FLUJO

Entre los tipos de medidores de flujo podemos encontrar dos grandes tipos con sus subtipos:

1. MEDIDORES DE CABEZA VARIABLE

Tubo de venturi

Placa de orificio

Boquilla o tobera de flujo

2. MEDIDORES DE ÁREA VARIABLE

Rotámetro

Fluxómetro de turbina

Fluxómetro de vórtice

Fluxómetro electromagnético

Fluxómetro de Ultrasonido

Fluxómetro de velocidad

o Tubo pitot

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2.1.-MEDIDORES DE CABEZA VARIABLE

El principio básico de estos medidores es que cuando una corriente de fluido se restringe, su

presión disminuye por una cantidad que depende de la velocidad de flujo a través de la restricción,

por lo tanto la diferencia de presión entre los puntos antes y después de la restricción puede

utilizarse para indicar la velocidad del flujo.

2.1.1.-EL TUBO VENTURI

Es un dispositivo que origina una pérdida de presión al pasar por él un fluido. En esencia, éste es

una tubería corta recta, o garganta, entre dos tramos cónicos. La presión varía en la proximidad de

la sección estrecha; así, al colocar un manómetro o instrumento registrador en la garganta se

puede medir la caída de presión y calcular el caudal instantáneo, o bien, uniéndola a un depósito

carburante, se puede introducir este combustible en la corriente principal.

Fig.1 Tubo Venturi

En el Tubo de Venturi el flujo desde la tubería principal en la sección 1 se hace acelerar a través

de la sección angosta llamada garganta, donde disminuye la presión del fluido. Después se

expande el flujo a través de la porción divergente al mismo diámetro que la tubería principal. En la

pared de la tubería en la sección 1 y en la pared de la garganta, a la cual llamaremos sección 2, se

encuentran ubicados ramificadores de presión. Estos se encuentran unidos a los dos lados de un

manómetro diferencial de tal forma que la deflexión h es una indicación de la diferencia de presión

P1 – P2. Por supuesto, pueden utilizarse otros tipos de medidores de presión diferencial.

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La ecuación de la energía y la ecuación de continuidad pueden utilizarse para derivar la relación a

través de la cual podemos calcular la velocidad del flujo. Utilizando las secciones 1 y 2 en la

fórmula de continuidad como puntos de referencia, podemos escribir las siguientes ecuaciones:

----------------------------------------------------- Ecuación 1

Q = A1v1 = A2v2  -----------------------------------------------------------------------------

Ecuación 2

Estas ecuaciones son válidas solamente para fluidos incomprensibles, en el caso de los líquidos.

Para el flujo de gases, debemos dar especial atención a la variación del peso específico con la

presión. La reducción algebraica de las ecuaciones 1 y 2 es como sigue:

-------------------------------------------------- Ecuación 3

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Se pueden llevar a cabo dos simplificaciones en este momento. Primero, la diferencia de elevación

(z1-z2) es muy pequeña, aun cuando el medidor se encuentre instalado en forma vertical. Por lo

tanto, se desprecia este término. Segundo, el termino hl es la perdida de la energía del fluido

conforme este corre de la sección 1 a la sección 2.

El valor h1 debe determinarse en forma experimental. Pero es más conveniente modificar la

ecuación 3 eliminando h1 e introduciendo un coeficiente de descarga C:

----------------------------------------------------------------------- Ecuación 4

La ecuación 4 puede utilizarse para calcular la velocidad de flujo en la garganta del medidor. Sin

embargo, usualmente se desea calcular la velocidad de flujo del volumen.

Puesto que, tenemos:

----------------------------------------------------------------- Ecuación 5

El valor del coeficiente C depende del número de Reynolds del flujo y de la geometría real del

medidor. La siguiente figura muestra una curva típica de C Vs número de Reynolds en la tubería

principal.

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Tabla 1 Relación de descarga con numero de Reynolds

2.1.2.-PLACA DE ORIFICIO

La placa de orificio es el elemento primario para la medición de flujo más sencillo, es una lamina

plana circular con un orificio concéntrico, excéntrico ó segmentado y se fabrica de acero

inoxidable, la placa de orificio tiene una dimensión exterior igual al espacio interno que existe entre

los tornillos de las bridas del montaje, el espesor del disco depende del tamaño de la tubería y la

temperatura de operación, en la cara de la placa de orificio que se conecta por la toma de alta

presión, se coloca perpendicular a la tubería y el borde del orificio

Fig. 2 Placa de Orificio

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Algunos tipos de placas orificios son los siguientes:

Fig. 3 Tipos de placas de orificio

En comparación a otros tipos de elementos primarios de medición, la gran ventaja de las placas de

orificio es que al llevar poco material y tiempo de fabricación, y su fácil reproducción e instalación,

su costo es relativamente bajo. Las mayores desventajas de este medidor son su capacidad

limitada y la pérdida de carga ocasionada tanto por los residuos del fluido como por las pérdidas

de energía que se producen cuando se forman vórtices a la salida del orificio.

2.1.3.-Boquilla o tobera de flujo

La tobera de flujo, es un instrumento de medición que permite medir diferencial de presiones

cuando la relación de ß, es demasiado alta para la placa orificio, esto es, 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 hidrodinámica evita que sedimentos transportados por el fluido queden adheridos a la

tobera.

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Fig. 4 Boquilla o tobera de flujo.

La instalación de este medidor requiere que la tubería donde se vaya a medir caudal, este en línea

recta sin importar la orientación que esta tenga.

2.2.-MEDIDORES DE ÁREA VARIABLE

Esta clase de medidores presenta una reducción de la sección de paso del fluido, dando lugar a

que el fluido aumente su velocidad, lo que origina un aumento de su energía cinética y, por

consiguiente, su presión tiende a disminuir en una proporción equivalente, de acuerdo con el

principio de la conservación de la energía, creando una diferencia de presión estática entre las

secciones aguas arriba y aguas abajo del medidor.

2.2.1.-ROTAMETRO

El rotámetro es un medidor de área variable que consta de un tubo transparente que se amplia y

un medidor de "flotador" (más pesado que el líquido) el cual se desplaza hacia arriba por el flujo

ascendente de un fluido en la tubería. El tubo se encuentra graduado para leer directamente el

caudal. La ranura en el flotador hace que rote y, por consiguiente, que mantenga su posición

central en el tubo. Entre mayor sea el caudal, mayor es la altura que asume el flotador.

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Fig. 6 Rotámetro

Ecuaciones del rotámetro.

El valor de Cd en función al número de Reynolds del flotador.

Ecuaciones 6 y 7 Tabla 2

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Cd=√1cw

→ Q=A⋅v=Cd A√ 2V c g( ρc−ρ f )ρ f⋅Ac

2.2.2.-FLUXOMETRO DE TURBINA

El fluido provoca que el rotor de la turbina gire a una velocidad que depende de la velocidad de

flujo. Conforme cada una de las aspas de rotor pasa a través de una bobina magnética, se genera

un pulso de voltaje que puede alimentarse de un medidor de frecuencia, un contador electrónico u

otro dispositivo similar cuyas lecturas puedan convertirse en velocidad de flujo. Velocidades de

flujo desde 0.02 L/min hasta algunos miles de L/min se pueden medir con fluxómetros de turbina

de varios tamaños.

Fig. 7 Fluxómetro de Turbina

2.2.3.-FLUXOMETRO DE VORTICE

Una obstrucción chata colocada en la corriente del flujo provoca la creación de vórtices a una

frecuencia que es proporcional a la velocidad del flujo. Un sensor en el fluxómetro detecta los

vórtices y genera una indicación en la lectura del dispositivo medidor. (Fig. 8)

La frecuencia de los vórtices creados es directamente proporcional a la velocidad del flujo y, por lo

tanto, a la frecuencia del flujo del volumen. Pueden utilizarse en una amplia variedad de fluidos

incluyendo líquidos sucios y limpios, así como gases y vapor.

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Fig. 8 Ejemplo de vórtice.

La diferencia en velocidad provoca que se generen capas de corte las cuales eventualmente se

rompen en vórtices en forma alternada sobre los dos lados del elemento de derramamiento. La

frecuencia de los vórtices creados es directamente proporcional a la velocidad del flujo y, por lo

tanto, a la frecuencia del flujo del volumen.

2.2.4.-FLUXOMETRO ELECTROMAGNÉTICO

Basado en la Ley de Faraday. Formado por un tubo, revestido interiormente con material aislante.

Sobre dos puntos diametralmente opuestos de la superficie interna se colocan dos electrodos

metálicos, entre los cuales se genera la señal eléctrica de medida. En la parte externa se colocan

los dispositivos para generar el campo magnético, y todo se recubre de una protección externa,

con diversos grados de seguridad.

Fig. 9 Fluxómetro Electromagnético

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2.2.5.-FLUXOMETRO DE ULTRASONIDO

Consta de unas Sondas, que trabajan por pares, como emisor y receptor.

Los hay dos tipos:

DOPPLER: Miden los cambios de frecuencia causados por el flujo del líquido. Se colocan dos

sensores cada uno a un lado del flujo a medir y se envía una señal de frecuencia conocida a través

del líquido.

TRÁNSITO: Tienen transductores colocados a ambos lados del flujo. Las ondas de sonido viajan

entre los dispositivos con una inclinación de 45º respecto a la dirección de flujo del líquido.

Fig. 10 Fluxómetro Ultrasonido

2.2.6.-FLUXOMETROS DE VELOCIDAD

Algunos dispositivos disponibles comercialmente miden la velocidad de un fluido en un lugar

específico más que una velocidad promedio.

Fig. 10 Fluxómetro de velocidad

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2.2.6.1.-TUBO PITOT

El tubo pitot es un tubo hueco puesto de tal forma que los extremos abiertos apuntan directamente

a la corriente del fluido. La presión en la punta provoca que se soporte una columna del fluido. El

fluido en o dentro de la punta es estacionario o estancado llamado punto de estancamiento.

En el punto (1) del esquema, embocadura del tubo, se forma un punto de estancamiento, la

velocidad allí (v1) es nula, y la presión según la ecuación de Bernoulli aumenta hasta:

Por lo tanto:

Siendo:

v0 y p0 = presión y velocidad de la corriente imperturbada.

pt = presión total o de estancamiento.

Aplicando la misma ecuación entre las secciones (1) y (2), considerando que v1 = v2 = 0,

se tiene:

Siendo:

y2 - y1 = L (lectura en el tubo piezométrico)

Luego:

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------------------------------------------------------------------------------- Ecuación 8

3.-FACTORES PARA LA SELECCIÓN DE FLUJOMETROS

Muchos dispositivos se encuentran disponibles para la medición de flujo. Algunos de ellos miden la

velocidad de flujo de volumen en forma directa, mientras que otros miden la velocidad promedio

del flujo el cual puede convertirse a velocidad de flujo de volumen utilizando Q= A.v. Asimismo,

algunos de ellos proporcionan mediciones primarias directas, mientras que otros requieren

calibración o la aplicación de un coeficiente de descarga a la salida observada del dispositivo. La

forma de la salida del medidor de flujo también varía en forma considerable de un tipo a otro. La

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Fig. 11 Tubo Pitot

indicación puede ser una presión, un nivel de líquido, un contador mecánico, la posición de un

indicador en la corriente del fluido, una señal eléctrica continua o una serie de pulsos eléctricos. La

elección del tipo básico de medidor de fluido y su sistema de indicación depende de varios

factores, entre los cuales se encuentran:

Rango

Exactitud requerida

Perdida de presión

Tipo de fluido

Calibración

3.1.-RANGO

Los medidores disponibles en el mercado pueden medir flujos desde varios mililitros Rango por

segundo (mL/s) para experimentos precisos de laboratorio hasta varios miles de metros cúbicos

por segundo (m3/s) para sistemas de irrigación de agua o agua municipal y para sistemas de

drenaje. Por consiguiente, para una instalación de medición en particular, debe conocerse el orden

de magnitud general de la velocidad de flujo así como el rango de las variaciones esperadas.

3.2.-EXACTITUD REQUERIDA

Virtualmente cualquier dispositivo de medición de flujo instalado y operado adecuadamente puede

proporcionar una exactitud dentro del 5 por ciento del flujo real. La mayoría de los medidores en el

mercado tienen una exactitud del 2 por ciento y algunos dicen tener una exactitud de más del 0.5

por ciento. El costo es con frecuencia uno de los factores importantes cuando se requiere de una

gran exactitud.

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3.3.-PÉRDIDA DE PRESIÓN

Debido a que los detalles de construcción de los distintos medidores son muy diferentes, éstos

proporcionan diversas cantidades de pérdida de energía o pérdida de presión conforme el fluido

corre a través de ellos. Excepto algunos tipos, los medidores de fluido llevan a cabo la medición

estableciendo una restricción o un dispositivo mecánico en la corriente del flujo, causando así la

pérdida de energía.

3.4.-TIPO DE FLUIDO

El funcionamiento de algunos medidores de fluido se encuentra afectado por las propiedades y

condiciones del fluido. Una consideración básica es si el fluido es un líquido o un gas. Otros

factores que pueden ser importantes son la viscosidad, la temperatura, la corrosión, la

conductividad eléctrica, la claridad óptica, las propiedades de lubricación y de homogeneidad. Los

desechos y los fluidos multifásicos requieren de medidores especiales.

3.5.-CALIBRACIÓN

Se requiere de calibración en algunos tipos de flujómetros. Algunos fabricantes proporcionan una

calibración en forma de una gráfica o esquema del flujo real versus indicación de la lectura.

Algunos están equipados para hacer la lectura en forma directa con escalas calibradas en las

unidades de flujo que se deseen. En el caso del tipo más básico de medidores, se han

determinado formas geométricas y dimensiones estándar para las que se encuentran datos

empíricos disponibles.

Estos datos relacionan el flujo con una variable de fácil medición, tal como una diferencia de

presión o un nivel de fluido. Si el dispositivo requiere de calibración, se puede utilizar otro medidor

de precisión como un estándar contra el cual se puede comparar la lectura del medidor de prueba.

Por el contrario, puede llevarse a cabo la calibración primaria ajustando el flujo a una velocidad

constante a través del medidor y después reunir la salida durante un intervalo fijo de tiempo. El

fluido así colectado puede ser pesado para una calibración de peso por unidad de tiempo, o su

volumen puede medirse para una calibración de velocidad de flujo de volumen.

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CONCLUSIÓN

Podemos concluir que el manejo de los flujos está sujeto a varios factores al pasar dentro de un

sistema de tubería, y que para medirlo tenemos que hacer uso de los diferentes tipos de

medidores que existen tomando en cuenta que cada tipo debe tener una consideración

dependiendo de los factores que se encuentren en el sistema de tubería, como lo son la presión,

velocidad, volumen, étc.

Además de tomar en cuenta que también hay que utilizar formulas para la obtención de los

resultados que necesitamos a partir de medidas obtenidas a través de los medidores, un ejemplo

de ello es la del tubo de venturi, que al utilizar las medidas que arroja podemos obtener otros

resultados que nos serán de mucha utilidad en otro momento.

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FUENTES DE INFORMACIÓN

http://www.monografias.com/trabajos31/medidores-flujo/medidores-flujo.shtml

http://es.answers.yahoo.com/question/index?qid=20071105012509AAYVRcD

http://www.buenastareas.com/ensayos/Fluxometro-De-Vortice/3267511.html

http://www.oocities.org/ing_industrial/medidore.html

http://www.catalogodeproveedores.com/subcat/473/medidores-de-flujo.html

http://proton.ucting.udg.mx/dpto/maestros/mateos/clase/Modulo_05/detectores/orificio/

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