Fecha de realización: 11 de septiembre 2015
MEDICIONES
DE CAUDAL O GASTO
OB JETIVO
Efectuar
mediciones de Caudal o Gasto, conocer el principio de funcionamiento básico de
los instrumentos y la importancia de su aplicación en la industria.
INTRODUCCIÓN
El caudal o flujo es la cantidad de fluido
que circula por un conducto o cauce en un tiempo determinado. Para transportar
los fluidos de un lugar de la planta a otro o de un proceso a otro se necesita
instalar sistemas de tubería apropiados. La finalidad es canalizar el fluido
adonde se necesita y, al mismo tiempo, mantenerlo aislado del medio externo.
Hay fluidos altamente tóxicos, por lo que se
debe garantizar su confinamiento para que no produzca daños en el medio
ambiente. En algunos casos, el valor del fluido es tan elevado que se procura
evitar desperdicios. Cuando así sucede, es conveniente calcular la cantidad exacta
que se está transfiriendo o consumiendo. Si en una estación de gasolina la
medición de caudal es imprecisa, la cantidad de combustible recibido por el
automovilista será menor o mayor que la indicada en el cuadrante de la máquina
despachadora. En el primer caso, el impacto económico sería en contra del
automovilista y en el otro, en contra del concesionario de la estación.
De la misma manera, en una planta industrial,
los elementos químicos empleados en la fabricación de compuestos más complejos
se alimentan en dosis muy exactas. Por lo tanto, si la medición de caudal no es
precisa las pérdidas económicas pueden ser cuantiosas y la calidad del producto
final puede no cumplir con las especificaciones de calidad esperadas.
Un último ejemplo se refiere a la
alimentación del gas natural a las casas particulares o a las grandes
instalaciones termoeléctricas. ¿Cómo podría la empresa suministradora de gas
facturar el consumo si antes no mide la cantidad de gas utilizada por el
usuario? Por este motivo, la medición de flujo tiene una aplicación fundamental
no sólo en la planta industrial, sino en cualquier sector donde se requiera la
transferencia de fluidos.
Aunque hay múltiples dispositivos para medir
el caudal, los más empleados son los que a continuación se explican.
Medidores de presión diferencial
Por su fabricación sencilla, su facilidad de
instalación y su precio accesible, estos dispositivos tienen un uso más
extendido en la industria. Básicamente consisten en un elemento primario, que
genera la presión diferencial, y un elemento secundario, capaz de medir dicha
presión y mostrarla o registrarla en un cuadrante.
El elemento de medición primario más sencillo
se conoce como placa de orificio. Se trata de una placa metálica
circular con un orificio —por lo regular en su centro—, que se coloca en una
brida montada en forma conveniente en la tubería donde circula el fluido.
El tamaño del orificio es importante, ya que
determina el grado de restricción que habrá en la línea. Un orificio grande
presenta una restricción baja y, en consecuencia, una presión diferencial de
baja magnitud. Por otro lado, un orificio chico presenta una gran restricción y
una presión diferencial elevada.
En cualquier caso, la presión diferencial
producida a través de una placa de orificio es de pequeña magnitud, de tal
manera que para medirla se utilizan escalas graduadas en pulgadas de agua. Una
presión de una pulgada de agua es aquella capaz de elevar una columna de agua a
una altura de una pulgada. Los instrumentos medidores y registradores
utilizados en estas aplicaciones utilizan elementos de fuelles o diafragmas
calibrados en estas unidades.
El tubo venturi
es otro popular dispositivo que opera bajo el principio de presión diferencial
a través de una restricción. La principal ventaja es su resistencia a la
contaminación por sedimentos o por el propio fluido que circula a través de él.
Además, opera a un rango de velocidad de flujo más alto que la placa de
orificio. La desventaja es que tiene un costo considerablemente más elevado y
que sus características de operación no pueden modificarse en campo. Los
proveedores de estos medidores suministran el tubo venturi con unas dimensiones
y rango de operación calculados para unas condiciones de operación específicas.
La boquilla de flujo
es otro de los dispositivos que opera bajo estos principios. La ventaja que
tiene sobre el tubo venturi es una menor longitud y, por lo tanto, un costo
menor. Es igualmente apropiado para aplicaciones de fluidos con un alto grado
de sedimentos.
Entre los dispositivos sencillos destaca el
tubo Pitot, que consiste en un tubo doblado hacia la dirección donde viene
el flujo. Otra variación de diseño se construye mediante un tubo recto con una
perforación en el lado orientado hacia donde viene el flujo. La fuerza de
impacto del fluido sobre el extremo u orificio en el tubo es una rama de la
presión diferencial. La otra rama es la presión estática del fluido.
Este dispositivo se utiliza mucho cuando se
tiene una tubería de gran diámetro. Aunque tiene la ventaja de su bajo costo y
sencillez de fabricación, la desventaja es que sólo mide el flujo en el punto
de impacto. Se ha tratado de superar esta desventaja suministrando tubos Pitot
con varias perforaciones orientadas hacia donde viene el flujo. De esta manera,
la presión diferencial promedio que se genera representa la velocidad de fluido
con mayor precisión.
En todos los casos, la presión diferencial
que producen los dispositivos anteriormente mencionados se alimenta a un
aparato de medición que tiene una escala graduada en unidades de velocidad de
flujo (por ejemplo, metros cúbicos por minuto).
Medidores de turbina
Introducidos al mercado en la década de los
cuarenta, estos dispositivos tienen una precisión muy alta y gran resistencia
mecánica. Su construcción, muy sencilla, consta de un rotor montado sobre unos
cojinetes y empotrado dentro de un compartimiento. Cuando el fluido que
queremos medir circula a través de este compartimiento, el rotor empieza a
girar libremente a una frecuencia proporcional a la cantidad de fluido que está
pasando en un momento dado.
Luego se instala un dispositivo detector
capaz de medir la frecuencia de giro del rotor. La salida de este detector se
conecta a un circuito electrónico que produce una señal equivalente a la velocidad
de fluido que circula por el medidor. Esta señal, a su vez, se alimenta de un
dispositivo registrador/indicador con una escala graduada en unidades de
velocidad de flujo.
Medidores de flujo magnético
Estos
medidores se basan en los hallazgos del físico inglés Faraday, quien descubrió
en 1831 que al mover un material conductor dentro de un campo magnético se
producía una fuerza electromagnética de magnitud proporcional al movimiento. Se
dice que Faraday intentó medir el caudal del río Támesis aprovechando el campo
magnético de la tierra y colocando dos electrodos en las riveras opuestas del
río. No obtuvo los resultados esperados porque aún no conocía el fenómeno de la
polarización de los electrodos. Este fenómeno se debe a la electrolisis que se
produce entre los electrodos cuando éstos se alimentan con corriente directa.
La electrolisis produce gases que contaminan los electrodos, con lo que se
evita un contacto eficiente entre éstos y el líquido que fluye en la tubería.
Para evitar esta manifestación, los medidores magnéticos actuales se alimentan
con corriente alterna.
En resumen, un medidor magnético de flujo
consiste básicamente en un campo magnético producido por un par de
electro imanes y dos electrodos. Todo esto se encuentra montado en un tubo apropiado
que se puede intercalar en la tubería que transporta el fluido que se desea
medir.
El
voltaje que se produce entre los electrodos está en función de la distancia
entre ellos, la densidad del flujo magnético y la velocidad del fluido. Como
los primeros dos parámetros no varían se puede considerar que el potencial
entre los electrodos es proporcional a la velocidad del fluido. Al medir este
potencial es posible determinar la velocidad de flujo. Aunque el diseño de un
medidor de flujo magnético tiene una gran complejidad, la instalación, la
calibración y el mantenimiento son muy sencillos.
MATERIAL
Y EQUIPO
- Rotámetro
- Medidor de flujo magnético
- Probeta graduada de 500 ml
- Cronómetro
- Vaso de precipitado de 500 ml
- Vernier
PROCEDIMIENTO
- Abrir válvula de agua del
condensador de la torre de destilación y tomar lectura del Rotámetro.
- En la descarga de agua del mismo
condensador medir experimentalmente el gasto (Q) en lit/seg con la ayuda
de un recipiente, la probeta y el cronómetro.
- Medir el área de la circunferencia
de la manguera (A) y calcular la velocidad del fluido (V) con la fórmula:
Q=A·V.
- Preparar medidor de flujo
magnético, instalarlo en tubería y medir la velocidad.
- Determinar el caudal con la
fórmula del medidor de flujo magnético.
- Registrar en tabla los valores
obtenidos.
TABLA DE RESULTADOS
Gasto
|
Velocidad
(m/s)
|
|
Rotámetro
|
||
Medidor de
flujo magnético
|
||
Descarga
de tubería
|
EVALUACIÓN INDIVIDUAL
1. Explica
el concepto de caudal o gasto.
2. Menciona
de que tipo son los medidores de flujo utilizados en ésta práctica.
3. Menciona
2 motivos por lo cual es indispensable el uso de los medidores de flujo en la
industria.
BIBLIOGRAFÍA
http://www.manufacturaweb.com (Medidores de flujo).
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