Nombre: Johana Estefanía Lagla Quinaluisa Carrera: Electrónica e Instrumentación Fecha: 12 de febrero del 2015

Presentar una investigación de los métodos y sensores usados para la medición de flujo. Adjuntar un resumen personal

Sensores para medición de Flujo

METODOS DE MEDICION DE FLUJO Existen dos métodos de medición de Flujo, los cuales son: • Método Inferencial. • Método Volumétrico. Método Inferencial: Aquellos que obtiene la medición del flujo por medio de la medición de otras variables, las cuales son una función de la cantidad de flujo medición de otras variables, las cuales son una función de la cantidad de flujo que pasa por la tubería. Las variables medidas son generalmente la presión diferencial o la velocidad. Los fluxómetros de velocidad miden el flujo midiendo la velocidad promedio y multiplicándola por el área que atraviesa el flujo. Ejemplo de estos tenemos los metros de turbina, los metros vortex, los flujómetros magnéticos, los ultrasónicos, etc. Flujómetros de Turbina.

Flujómetro de Turbina para líquidos (Axial).

Principio:

Un flujómetro de turbina consiste en un rotor multi-cuchilla suspendido en la corriente de fluido sobre cojinetes que giran libremente. El fluido que impacta contra las cuchillas del rotor imparte una

fuerza que causa la rotación del rotor. La velocidad de rotación es directamente proporcional a la razón dentro de su rango lineal (es decir: Q es directamente proporcional a la velocidad de la rotación). La velocidad de la Rotación puede ser sensada: 1. Mecánicamente.

En este, el rotor está acoplado al engranaje del totalizador mecánico. 2. Ópticamente:

En este un rayo de luz es interrumpido por la rotación de las cuchillas, lo cual resulta en una salida pulsada. Generalmente se usa en las turbinas tangenciales (ruedas con paletas).

Flujómetro de turbina paras gas (Axial) Principio:

Igual que el de los líquidos, pero debido a las bajas densidades de los gases, se reduce grandemente la torsión motriz (torque de impulso). El uso de un mayor diámetro en el difusor (hub) proporciona un mayor torque de impulso (es decir: mayores velocidades) La fricción en los apoyos (cojinete) se mantiene al mínimo mediante el diseño y uso de rotores de bajo peso. La frecuencia de salida es proporcional a la razón de flujo volumétrico en condiciones de funcionamiento reales. Por consiguiente, el factor k debe ser determinado bajo condiciones de funcionamiento si de la razón, y Rangeabilidad de 20 : 1

Flujómetro de Vortex (Vórtice, Torbellino).

Principio:

Cuando un fluido se encuentra con un cuerpo de forma no aerodinámica, el flujo no puede continuar el contorno del obstáculo. Por consiguiente, el flujo se enrolla en un vórtice o espiral bien definida, primero de un lado y luego del otro lado. La razón a la cuál estos vórtices se forman (frecuencia) es directamente proporcional a la velocidad del fluido dentro de ciertos límites.

f =frecuencia de los vórtices S = número de Strouhal

v = velocidad del fluido cuando fluye libremente H = ancho del cuerpo no aerodinámica

SENSORES DE TIPO CAUDAL

El presente artículo trata de los diversos métodos para la medición del caudal líquido. Existe una

primera clasificación de los métodos de medición según se trate de la medición del caudal en un flujo

a la presión atmosférica, o de un flujo a presiones superiores a la presión atmosférica, es decir en

tuberías.

Método Volumétrico: Son aquellos que miden una cantidad determinada de fluido por ciclo de movimiento y usualmente su medida va siendo totalizada dando la cantidad que ha pasado hasta ese momento.

Flujómetros de Desplazamiento Positivo.

Los flujómetros volumétricos miden el flujo rompiendo el flujo en determinados volúmenes conocidos. Un ejemplo son los de desplazamiento positivo. Es importante destacar que las mediciones de flujo obtenidas a partir de los metros tipo desplazamiento positivo siempre son en condiciones de fluido ó de línea. Los metros de desplazamiento positivo se utilizan de manera extensiva para medir el flujo de líquidos y gases para aplicaciones de transferencia custodiada. Metros de Desplazamiento Positivo para Líquidos: Tipos: - Disco Nutatorio - paleta rotatoria - pistón reciprocante - lóbulo rotatorio

Flujómetro Ultrasónico.

Flujómetro ultrasónico de tiempo del tránsito.

Principio: Este metro mide el tiempo que toma un pulso de onda ultrasónica en atravesar la sección de una tubería a través del fluido. La diferencia en el tiempo será proporcional a la velocidad del fluido y por ende del flujo. Midiendo los tiempos t AB y t BA , se puede calcular la velocidad del flujo. La razón de flujo volumétrico se calcularía entonces de la siguiente forma:

qv=v·A

Ventajas/Limitaciones del Flujómetro ultrasónico de tiempo de tránsito .

No intrusivo

Fácilmente de instalar o sujetar a la línea (asido con grapas)

No hay pérdida de presión

Existen diseños bi - direccionales

Salida lineal

No es afectado por la viscosidad, la densidad, la temperatura, ni la presión.

Es usado para líquidos y gases ( para gases el diseño es diferente, pero tiene el mismo

principio)

Los líquidos tienen que estar relativamente libres de sólidos o de burbujas.

La exactitud es de 1% a 2.5% de la Razón.

2. Flujómetro Ultrasónico Doppler.

Principio.

El transmisor emite una energía sonora a la frecuencia f T . Esta energía se refleja por la partícula del

fluido que fluye. La frecuencia que regresa (de valor f R ) es diferente a la de f t debido a que la

partícula está en movimiento (efecto Doppler). La diferencia de frecuencia (f T - f R ) es proporcional a la velocidad de la partícula que refleja la onda. Si esta partícula está a la velocidad promedio,

entonces qv f

Flujómetro Magnético.

Principio: Ley de Faraday: Cuando un conductor (el fluido) se mueve a través de un campo Magnético, se genera un voltaje que es proporcional a la velocidad del conductor.

B- fuerza del campo magnético D- distancia entre sensores V- velocidad promedio C- constante proporcional. Nota: Un flujómetro magnético es un dispositivo lineal que da una salida de voltaje que es proporcional a la velocidad del fluido. El tubo de flujo tiene que ser no magnético para permitir que el campo magnético pase a través del fluido (es decir: que las líneas de flujo magnético viajarían a través de las paredes del tubo y por lo tanto se desviaría del fluido si el tubo es magnético) El tubo del flujo es usualmente fabricado con acero inoxidable 304 (no magnético). El tubo del flujo también puede estar fabricado de plástico reforzado con fibra de vidrio (usado para bajas presiones y temperaturas). Para medir E, el fluido debe tener una conductividad mínima (aproximadamente 5 S/cm). Esta cifra variará según los fabricantes. Para medir E, los sensores no pueden estar en corte con el tubo, Por consiguiente, el tubo debe ser no conductor o de lo contrario debe estar forrado o revestido con un material no conductor como por ejemplo el Teflón.

Medición de Flujo Inferencial

Flujómetros de Presión Diferencial.

Los flujómetros de presión diferencial o flujómetros del tipo de presión constituyen un gran porciento de los flujómetros utilizados en la industria. Estos miden la presión diferencial causada por una restricción en el flujo. Esta presión diferencial es entonces relacionada con datos experimentales para determinar la razón de flujo a través del metro. En este principio se basan muchos flujómetros utilizados actualmente.

Ellos requieren del uso de dos elementos. Elementos Primarios: los dispositivos que producen la presión diferencial Elementos Secundarios: los dispositivos que miden la presión diferencial Los elementos primarios incluyen: placas de orificio, tubos de Venturi, flujómetros, tubos de pitot, tomas de codo, etc, estos son los encargados de generar la presión diferencial y es una medición del cambio en la energía cinética debido a una restricción. En los cálculos de las dimensiones una constante C relaciona la presión diferencial con la razón de flujo en una cantidad particular que depende de las condiciones del flujo.

q Vf C P

f Cualquier desviación en las condiciones de dimensionamiento resultara en errores. Para la mejor exactitud posible (custodia de transferencia), C es continuamente calculado basado en las condiciones actuales.

Las ecuaciones de flujo pueden ser reducidas básicamente a:

Relacionaremos algunos de los elementos primarios: Elementos Secundarios. El elemento primario crea una caída de presión diferencial (restricción fija). El elemento secundario mide esta presión diferencial. La relación matemática entre presión diferencial y flujo es la siguiente:

El P tiene una relación cuadrática con el flujo. Para hacer esta relación linear, la señal de presión diferencial necesita que “la raíz cuadrada sea extraída”. Si el elemento secundario es registrador mecánico, entonces una carta de raíz cuadrada es utilizada. Si el elemento secundario es un transmisor entonces un extractor de raíz cuadrada es requerido (nota, muchos transmisores electrónicos tienen incluido en su construcción un extractor de raíz cuadrada).

Flujómetro de área variable.

Principio de Operación:

Un incremento en el flujo resulta en una fuerza hacia arriba debido a que el fluido ha incrementado la velocidad alrededor del flotante. Esta fuerza hace que el flotante suba. Cuando el flotante sube, el área anular entre el flotante y el tubo exterior rotulado aumenta hasta que las fuerzas hacia arriba y hacia abajo estén nuevamente en equilibrio. Así, cada posición del flotante inferirá una razón de flujo a través del metro. Flujómetro de Masa.

Flujómetros Indirectos de Masa.

FT es un transmisor de flujo volumétrico que puede ser magnético (v*A, ultrasónico(v*A), o de desplazamiento positivo, etc.

DT es un transmisor de densidad.

FY es un computador de flujo el cual puede calcular la razón de másico, el flujo másico total, el flujo volumétrico, etc...

Flujómetro de Masa Directos.

Se han desarrollado una serie de técnicas para la medición directa del flujo de masa con la finalidad de eliminar los errores y los pasos para los cálculos a la hora de usar métodos indirectos (flujo volumétrico) Algunos de los tipos de Flujómetros de masa están incluidos en:

Metros de momento angular (aplicaciones principalmente en aeronáutica)

Metros Coriolis

Metros térmicos

Metros de momento angular.

Principio de operación: Para cambiar la velocidad de una masa, la masa debe estar sometida a una fuerza de desbalance. La cantidad de fuerza requerida para cambiar la velocidad de una masa será proporcional a la propia masa. En términos angulares, para cambiar la velocidad angular de una masa, la masa debe estar sometida a un torque de desvalance (fuerza angular).

Si la velocidad angular se mantiene constante, el torque será directamente proporcional a la masa (ó al flujo másico en el caso de flujómetros másicos). Si el torque se mantiene constante, la velocidad angular será inversamente proporcional a la masa (ó flujo másico). Entre estos instrumentos tenemos:

Turbina Impelente (Impulsora)

Turbina Doble

Flujómetro de Masa Coriolis. Funcionamiento: El tubo D vibra a su frecuencia natural de resonancia. La vibración se sostiene mediante el uso del impulso de una bobina magnética (similar a la bobina de una bocina) El tubo D se fija a la entrada y al final de su salida. A medida que el fluido recorre el tubo D, es obligado a incorporarse al movimiento del tubo. Debido a que el fluido tiene masa, este le ofrece resistencia al movimiento de “subida y bajada” del tubo. La resistencia al movimiento produce fuerzas opuestas. El fluido que entra dentro del tubo se resiste al cambio en la velocidad tangencial, y el fluido que sale del tubo se resiste al movimiento de la parte de atrás del tubo a una velocidad tangencial de cero. La resistencia impuesta por el fluido en recorrido, trae como resultado una torsión del tubo mientras está en movimiento. La cantidad de torcimientos es directamente proporcional a la masa del flujo a través del tubo. Note que la forma del tubo varía de un fabricante a otro (no todos son tipo ”D”), pero el principio de operación es el mismo. Sensaje (captación) de los torcimientos: La cantidad de torsión se mide mediante los sensores de velocidad instalados a cada lado del tubo D. Cada sensor emite una onda sinusoidal que corresponde al movimiento de subida y bajada del tubo D. La acción de torsión en el tubo causa un desplazamiento de fase (demora de tiempo) en una de las salidas del sensor con respecto a la otra salida del sensor. Este desplazamiento de fase es la medición que se hace para determinar la magnitud de la torsión impuesta al tubo. Los diseños más recientes del Flujómetro de Masa de Micro movimiento tienen dos tubos D los cuales vibran en conjunto uno con otro. La torsión se mide relativa a cada tubo, lo cual elimina errores debido a los efectos de la vibración. La frecuencia de resonancia del tubo puede también utilizarse para determinar la densidad del fluido en los tubos (similar al densímetro de carrete vibrador)

Flujómetro de Masa de Transferencia de Calor.

Estos metros son utilizados tanto para los gases como para los líquidos.

Existen dos métodos para usar la transferencia de calor a fin de medir el flujo de masa:

1. Aplicar energía (potencia) constante al calentador, y medir la temperatura antes y después del calentador: La diferencia de temperatura es proporcional al flujo de masa..

2. Medir la potencia (energía) que se requiere para mantener un diferencial de temperatura

constante entre los dos sensores de temperatura. La cantidad de energía requerida será proporcional al flujo de masa.

RESUMEN El tema nos permitió estudiar el efecto, funcionamiento y las aplicaciones tecnológicas de algunos aparatos medidores de flujo el cual su invención data de los años 1.800,como el Metodo del caudal, tipos de mediciones de flujo y sus distintos sensores que existen , donde su creador luego de muchos cálculos y pruebas logró diseñar un tubo para medir el gasto de un fluido, es decir la cantidad de flujo por unidad de tiempo. Principalmente su función se basó en esto, y luego con posteriores investigaciones para aprovechar las condiciones que presentaba el mismo, se llegaron a encontrar nuevas aplicaciones como la de crear vacío a través de la caída de presión. Luego a través de los años se crearon aparatos como los rotámetros y los fluxómetros que en la actualidad cuenta con la mayor tecnología para ser más precisos en la medición del flujo. También tener siempre presente la selección del tipo de medidor, como los factores comerciales, económicos, para el tipo de necesidad que se tiene etc. El estudiante o ingeniero que conozca los fundamentos básicos y aplicaciones que se presentan en este trabajo debe estar en capacidad para escoger el tipo de medidor que se adapte a las necesidades que el usuario requiere.

Bibliografía:

http://www.xuletas.es/ficha/metodos-de-medicion-de-flujo/

http://es.wikipedia.org/wiki/Medici%C3%B3n_del_caudal