La función de medidor de flujo

MEDIDORES DE FLUJO

OBJETIVOS

Mostrar a los alumnos la operación de los medidores de Orificio, Venturi.

Analizar la variación del coeficiente de descarga del orificio con el número de Reynolds.

INTRODUCCIÓN

En la actualidad la medición del flujo es la variable más importante en la operación de una planta, sin esta medida el balance de materia, el control de calidad y la operación misma de un proceso continuo serían casi imposibles de realizar.

Existen muchos métodos confiables para la medición de flujo, uno de los más comunes es el que se basa en la medición de las caídas de presión causadas por la inserción, en la línea de flujo, de algún mecanismo que reduce la sección; al pasar el fluido a través de la reducción aumenta su velocidad y su energía cinética; las placas de orificio y el Venturi estudiados en esta práctica pertenecen a esta clase.

FUNDAMENTOS TEORICOS

Medidores de orificio

Son dispositivos que consisten en una reducción en la sección de flujo de una tubería, de modo que se produzca una caída de presión, a consecuencia del aumento de velocidad.

Haciendo un balance de energía entre el orificio (punto 1) y la sección posterior al orificio (punto 2), despreciando las pérdidas por fricción tenemos:

.....(1)

Para un fluido incomprensible y de la ecuación de continuidad:

.................................(2)

Sustituyendo 2 en 1:

.......(3)

Despejando v1 y sabiendo que D1 = Dorificio

........(4)

En caso de que se consideren las pérdidas de fricción, es necesario agregar el coeficiente de orificio Co, teniendo lo siguiente:

....(5)

Siendo v1: velocidad en el orificio.

Si se requiere conocer el Caudal:

.....(6)

Co: Coeficiente de orificio o coeficiente de descarga para el caudal. Este coeficiente varía entre 0.6 y 0.62 para orificios concéntricos de bordes afilados y si el Número de Reynolds es mayor de 20 000 y si la toma posterior está en la vena contracta.

D0: Diámetro de orificio.

D2: Diámetro de la tubería.

Usualmente el diámetro del orificio está entre 50 y 76% del diámetro de la tubería. La toma corriente arriba debe quedar a una distancia correspondiente a un diámetro de la tubería de la cara del orificio y la de corriente abajo a una distancia de 0.5 del mismo diámetro, D2.

En los medidores instalados la manera más simple de obtener la caída de presión consiste en el empleo de un manómetro diferencial en “U”.

La pérdida de carga o pérdidas permanentes por fricción se obtienen por:

...(7)

Para gases la ecuación debe modificarse mediante un factor empírico que, para el caso de comportamiento ideal es:

....(8)

Siendo K la relación de las capacidades caloríficas a presión y volumen constantes.

....(9)

Por lo tanto:

....(10)

Las ecuaciones anteriores se aplican cuando las tomas de presión están situadas en las bridas, 1 diámetro de la tubería antes de la placa y 0.5 diámetro después, si la toma posterior está situada después de la vena contracta se utiliza un factor K que es función de la relación b para Reynolds mayores de 20 000.

Donde:

....(11)

Tubo Venturi

Este medidor fue inventado por Clemens Herschel en 1881 y lleva el nombre de Venturi por el científico italiano que fue el primero en experimentar en tubos divergentes.

Este medidor es el más exacto teniendo una mínima pérdida de presión perma-nente y permitiendo el paso de 1.6 veces más el flujo que la placa de orificio.

El aparato está formado por tres secciones principales, una convergente con ángulo menor a 7°, una sección intermedia que constituye la garganta o estrechamiento y una divergente.

La ecuación para obtener la velocidad se deduce de manera similar a la de un medidor de orificio.

...(12)

v1: velocidad en la garganta.

D1: Diámetro de la garganta.

D2: Diámetro de la tubería.

Cv: Coeficiente de descarga; su valor medio es de 0.98.

Las pérdidas de presión no recuperables son del 10% de la caída de presión marcada en el manómetro diferencial.

Existen otros medidores de flujo como: Rotámetro

Consiste esencialmente de un flotador indicador que se mueve libremente en un tubo vertical ligeramente cónico con el extremo de menor diámetro en la parte inferior.

El fluido entra por la parte inferior del tubo y ejerce una fuerza ascendente sobre la base del flotador; al subir el flotador permite que pase una determinada cantidad de flujo por el área anular, área formada entre el flotador y la pared del tubo y será tal que la caída de presión en ese estrechamiento baste para equilibrar la fuerza de gravedad y el peso del flotador, en ese momento el flotador permanece estacionario

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