miércoles, 20 de octubre de 2010

MEDIDORES DE VELOCIDAD Y CAUDAL

MEDIDORES DE CAUDAL EN TUBERIAS

Los fluidos están presentes en la mayoría de los procesos industriales, ya sea porque intervienen en forma directa en el proceso de producción o porque pertenecen a los circuitos secundarios necesarios. Sea por la razón que sea, los fluidos están ahí y, por tanto, hay que controlarlos, para lo que es necesario saber en todo momento cuáles son las principales características de los fluidos, que pueden variar mucho de una aplicación a otra. En el mercado existe una gran variedad de medidores, tanto desde el punto de vista de tamaños y rangos de operación como de principios de funcionamiento. Esto es debido a que se intenta conseguir la máxima precisión para la mayor cantidad de aplicaciones.

Los medidores a tratar en este articulo, se utilizan para estimar el gasto en determinada sección de la tubería, y se clasificaran como; medidores volumétricos y másicos, teniendo en cuenta que ambos pueden servir para la misma aplicación, ya que volumen y masa son proporcional entre sí.


PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

Sensor de caudal de turbina: La alta precisión es la característica principal de este sensor. Mide con precisión el caudal de los líquidos transparentes sobre una amplia gama de caudales. Este medidor puede instalarse en cualquier orientación deseada siempre y cuando se tenga cuidado de mantener el medidor lleno de líquido. El movimiento del líquido a través del medidor provoca la rotación de la turbina. Un sensor de proximidad externo detecta la rotación de la turbina sondeando el movimiento de las partículas. La rotación de la turbina es lineal con respecto al caudal. La pantalla y módulo de control convierten la señal del impulso en un número visualizado, este medidor presenta una tolerancia en cuanto a viscosidad a la de fluidos similares al agua.


El principio de funcionamiento es el fenómeno físico en que se basa el medidor, y es una característica de diseño. Para los medidores de caudal volumétricos, los principales sistemas son  presión diferencial, área variable, velocidad, tensión inducida , desplazamiento positivo y vórtice. Para los másicos se deben destacar el sistema térmico y el sistema basado en la fuerza de Coriolis.

PRESION DIFERENCIAL

  La formula para el caudal para este tipo de funcionamiento se deduce de la aplicación del teorema de Bernouilli. Este teorema relaciona la energía cinética, la potencial y la presión de un fluido en diferentes puntos de la vena fluida. Mediante la interposición de un Diafragma , una Tobera, un tubo Venturi, un tubo Pitot o un tubo Annubar, se puede relacionar el cambio de velocidad y presión que experimenta el fluido con el caudal.

La formula para el caudal para este tipo de funcionamiento se deduce de la aplicación del teorema de Bernouilli. Este teorema relaciona la energía cinética, la potencial y la presión de un fluido en diferentes puntos de la vena fluida. Mediante la interposición de un Diafragma , una Tobera, un tubo Venturi, un tubo Pitot o un tubo Annubar, se puede relacionar el cambio de velocidad y presión que experimenta el fluido con el caudal.

DIAFRAGMA: Consiste en una placa con un orificio que se interpone en la tubería. Como resultado de esta obstrucción existe una pérdida de carga, que es la que se mide por comparación con una sonda aguas arriba y otra aguas debajo de la instalación. Este tipo de medidor es utilizado en tuberías donde se permita una gran pérdida de energía. El cambio de área que se genera al colocar el diafragma, provoca un estrangulamiento de la sección, lo que da lugar a un cambio de presiones antes y después del diafragma, cuyo valor determina el gasto en la sección.
Utilizados en tuberías donde se permita una gran pérdida de energía para efectuar el aforo.

TOBERAS: En este medidor al igual que en el diafragma, se dispone de una toma de presión anterior y otra posterior, de manera que se puede medir la presión diferencial. La tobera permite caudales muy superiores a los que permite el diafragma (del orden de 60% superiores). Se utilizan en el caso de tuberías con diámetros mayores de 30cm.

VENTURI :La función básica de este medidor consiste en producir un estrangulamiento en la sección transversal de la tubería, el cual modifica las presiones, con la medición de este cambio es posible conocer el gasto que circula por la sección, el estrangulamiento de esta es muy brusco, pero la ampliación hasta la sección original es gradual. Generalmente es una pieza fundida que consta de (1) una porción aguas arriba, la cual tiene el mismo tamaño de la tubería, tiene  un revestimiento en bronce y contiene un anillo piezométrico  para medir la presión estática; (2) en una región cónica convergente, (3) una garganta cilíndrica con un revestimiento en bronce que contiene un anillo piezométrico y (4) una región cónica gradualmente divergente que desemboca en una sección cilíndrica del tamaño de la tubería. Un manómetro diferencial conecta los dos anillos piezométricos. El precio de este se dispara, pudiendo llegar a un costo 20 veces superior a un diafragma. Para obtener resultados acertados este medidor debe ser precedido de una tubería recta con una longitud de por lo menos 10 diámetros.







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 formula 2 como puntos de referencia, podemos escribir las siguientes ecuaciones
(1)
Q = A1v1 = A2v2 (2)
Estas ecuaciones son válidas solamente para fluidos incomprensibles, en el caso de los líquidos. Para el flujo de gases, debemos dar especial atenciona la variación del peso específico  con la presión. La reducción algebraica de las ecuaciones 1 y 2 es como sigue:
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 termino. 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 hl debe determinarse en forma experimental. Pero es más conveniente modificar la ecuación (3) eliminando h1 e introduciendo un coeficiente de descarga C:
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:
El valor del coeficiente C depende del número de Reynolds del flujo y de la geometria real del medidor. La siguiente figura muestra una curva típica de C Vs número de Reynolds en la tubería principal.
La referencia 3 recomienda que C = 0.984 para un Tubo Vénturi fabricado o fundido con las siguientes condiciones:




                  DIVERSOS MEDIDORES

A continuación se mostrará una lista de  algunos medidores que actualmente se pueden conseguir en el mercado, a excepción de los medidores tradicionales, mencionados anteriormente.

SENSOR DE CAUDAL CON RUEDA DE PALETAS: se utiliza cuando los datos sobre el caudal deben trasmitirse como salida de impulsos. este sensor contiene un transductor que trasmite una señal de 0-100Hz. La señal de la salida es linealmente proporcional al caudal. Este medidor funciona en medios como: el agua y líquidos de baja viscosidad


         

                                                       TUBO DE PRANDTL

La idea deprannlt fue la de combinar en un solo instrumento un tubo pitot y untubo piezometrico: El tubo de Pitot mide la presión total; el tubo piezométrico mide la presión estática, y el tubo de Prandtl mide la diferencia de las dos, que es la presión dinámica.
En el croquis se aprecia esquemáticamente, un tubo de Prandtl inmerso en un fluido de ensidad ρ , conectado a un manometro diferencial cuyo líquido manométrico tiene densidad ρm.
El tubo de Prandtl, al igual que el tubo de Pitot, al ser introducido en el fluido en movimiento, produce una perturbación que se traduce en la formación en el de un punto de estancamiento, de manera que:

P1=Pt
V1=0

En el punto 0 la corriente no perturbada tiene la presión  \ p_0 y la velocidad  \ v_0 que es la que se quiere medir.
El punto 1 es la entrada del tubo de Pitot, y el punto 2, donde se indica en la figura. En el punto 2 lo que se tiene es un tubo piezométrico, con varias entradas laterales interconectadas que no perturban la corriente y que por lo tanto miden la presión estática.
Despreciando las diferencias de altura de velocidad y geodésica entre los puntos 0 y 2 que suele ser muy pequeña por ser el tubo muy fino, y estar la corriente en 2 prácticamente normalizada después de la perturbación en 1, se tiene, despreciando también las pérdidas:

 \ v_2 = v_{0t}
 \ p_2 = p_0
Donde:  \ v_{0t} = velocidad teórica en la sección 0.
La ecuación de Bernoulli entre 0 y 1 ( \ z_0 = z_1 ,  \ v_1 = 0 - punto de estancamiento)
                                           http://es.wikipedia.org/wiki/Tubo_de_Prandtl


                                                                   ROTAMETRO



El rotámetro es un instrumento para determinar el caudal de fluidos, es decir, líquidos o gases en tuberías. El rotametro de la serie VS trabaja según el principio del cuerpo en suspensión. En un tubo de medición de plástico cónico del rotámetro se encuentra un cuerpo en suspensión que es levantado por la inercia del propio fluido. La altura que alcanza el cuerpo en suspensión del rotametro depende del caudal. Si aumenta el caudal, aumenta la resistencia del flujo. El cuerpo en suspensión del rotámetro sube y aumenta la superficie entre el cuerpo en suspensión y el tubo de vidrio. Con ello desciende la resistencia de flujo hasta que es idéntica con la suma del la fuerza del peso del cuerpo en suspensión y la fuerza ascensional.

                                                      CANALES

  • es una construcción destinada al transporte de fluidos; vía artificial de agua que normalmente conecta lagos, ríos u océanos; o una vía natural que se forma por la distribución de las diferentes islas en los archipielagos, u otras formaciones geográficas en el agua.
VERTEDERO TRIANGULAR
Para medir pequeños gastos, el vertedero triangular es más preciso que el rectangular, puesto que, para un mismo caudal, los valores de h son mayores.
Considérese la figura siguiente, en donde se esquematiza el flujo a través de un vertedero triangular, simétrico y de pared delgada, con un ángulo 2 en el vértice de la escotada.
    Despreciando la velocidad de aproximación, Vo, la velocidad teórica del flujo sobre la cresta, es:
    caudal teorico
          wpe1D.jpg (2995 bytes)
     caudal real
     wpe1C.jpg (2793 bytes)    
   vertdedero        
Un vertedero es una placa cortada de forma regular a través de la cual fluye el agua. Son utilizados, intensiva y satisfactoriamente, en la medición del caudal de pequeños cursos de agua y conductos libres, así como en el control del flujo en galerías y canales, razón por la cual su estudio es de gran importancia.

Los vertederos son diques o paredes que se oponen al flujo y que poseen una escotadura con una forma geométrica regular por la cual pasa el flujo. En general hay dos tipos de vertederos, los de pared delgada y gruesa. Los vertederos de pared delgada se usan básicamente para determinar el caudal en cualquier momento en una corriente pequeña. Los vertederos de pared gruesa se usan principalmente para control de excendencias, y su evacuación puede ser libre o controlada. Los vertederos que ahora interesan son los de pared delgada y dentro de estos los más utilizados son: rectangular, triangular y trapezoidal, en este caso se tratará el rectangular.












Para modelar los vertederos se deben tener en consideración los siguientes aspectos:


  • Flujo uniforme antes del vertedero, esto supone la superficie del fluido paralela al fondo del canal.

  • Se cumple la ley de presiones hidrostáticas.

  • Los efectos de la viscosidad y la tensión superficial se consideran despreciables.

  • El correcto funcionamiento de un vertedero de pared delgada debe garantizar que la lámina de agua vertida esté siempre a presión atmosférica
VERTEDERO DE PARED DELGADA(Sharp-crested weirs)

La utilización de vertederos de pared delgada está limitada generalmente a laboratorios, canales pequeños y corrientes que no lleven escombros y sedimentos. Los tipos más comunes son el vertedero rectangular y el triangular. La cara de aguas arriba debe ser instalada verticalmente y el borde de la placa debe estar cuidadosamente conformado. La estructura delgada está propensa a deteriorarse y con el tiempo la calibración puede ser afectada por la erosión de la cresta.
El vertedero triangular es preferido cuando las descargas son pequeñas, porque la sección transversal de la lámina vertiente muestra de manera notoria la variación en altura.
La relación entre la descarga y la altura sobre la cresta del vertedero, puede obtenerse matemáticamente haciendo las siguientes suposiciones del comportamiento del flujo:
1. Aguas arriba del vertedero el flujo es uniforme y la presión varía con la profundidad de acuerdo con la hidrostática (p=ρgh).
2. La superficie libre permanece horizontal hasta el plano del vertedero y todas las partículas que pasan sobre el vertedero se mueven horizontalmente (en realidad la superficie libre cae cuando se aproxima al vertedero).
3. La presión a través de la lámina de líquido o napa que pasa sobre la cresta del vertedero es la atmosférica.
4. Los efectos de la viscosidad y de la tensión superficial son despreciables.
Estas suposiciones conducen al siguiente modelo de flujo ideal:




Aplicando la ecuación de Bernoulli entre los puntos 1 y 2 sobre una misma línea de corriente.


CORRENTOMETRO

CORRENTOMETRO: es un instrumento apto a medir la velocidad de corrientes en el mar, en los rios, arroyos, estuarios puentes, modelos físicos en laboratorio, etc.. Existen algunos modelos que además registran su dirección, profundidad e inclinación respecto de la vertical, temperatura de agua de mar, presión y conductividad. Su modalidad de registro puede ser papeleta inscriptora, cinta magnética o memoria de estado sólido.

AFORADOR DE CODO:
Es uno de los medidores de caudal mas simple, las aberturas piezométricas en el lado interno y externo del codo se conectan a un manómetro diferencial. Debido a la fuerza centrífuga en la curva, la diferencia de presiones está relacionada con el caudal. Una longitud recta de apaciguamiento debe preceder el codo, y para resultados mas exactos el medidor debería calibrarse in situ. Debido a que la mayoría de las tuberías tienen un codo este puede utilizarse como medidor. Después de la calibración los resultados son tan confiables como los obtenidos con los dispositivos anteriormente mencionados.   

PITOT:
Mide la velocidad del flujo en un punto del fluido, consta de un hueco alineado con el flujo que se aproxima y está cerrado por uno de sus extremos con un tapón redondo que tiene un pequeño orificio en la línea central del tubo. El fluido dentro del tubo Pitot es estacionario, en tanto que el que se aproxima fluye alrededor de este. Una partícula de fluido que se mueve a lo largo de la línea de corriente, que coincide con el eje del tubo Pitot, alcanza el reposo al acercarse a la punta del tubo Pitot (S), debido a que debe dividirse y pasar por ambos lados del tubo. Al entrar momentáneamente en reposo, la presión del fluido se eleva a un valor Ps el cual se conoce como presión de estancamiento y se relaciona con la velocidad del tubo corriente arriba. La presión del flujo estacionario en el interior del tubo Pitot es igual a la presión de estancamiento del flujo externo con el que está en contacto a través del pequeño orificio localizado en el punto de estancamiento S del tubo.


   http://www.google.com.co/images?hl=es&biw=1003&bih=596&tbs=isch%3A1&sa=1&q=PITOT&aq=f&aqi=&aql=&oq=&gs_rfai=


ANNUBAR: Es una mejora del tubo pitot, y se basa en medir la presión estática y la total. Con la diferencia que se obtiene la velocidad del fluido, y conociendo la sección se obtiene el caudal.
 Los Diafragmas, Toberas, y los tubos venturi se basan en cambiar el perfil de la vena fluida y, por consiguiente, su velocidad y presión; en cambio tanto los tubos Pitot como los Annubar se basan en introducir un sensor dentro de la tubería, intentando que no afecten la vena fluida.

AREA VARIABLE
Los medidores de caudal de área variable se deben instalar verticalmente. Su principio de funcionamiento se basa en un flotador que cambia de posición dentro de un tubo de área variable. El área del tubo es pequeña en la parte inferior y va aumentando hasta alcanzar la mayor sección en la parte superior.
El flotador, sólido, tiende a bajar debido a la fuerza de gravedad (su peso) y el fluido, que circula de abajo hacia arriba, tiende a levantarlo debido a la fuerza de arrastre de este. Además de la fuerza de arrastre, existe una fuerza que ejerce el fluido sobre el flotador, que es igual al peso del volumen del fluido que desaloja. El flotador queda en la posición de equilibrio de fuerzas, indicando en el tubo el caudal del fluido que pasa. El tubo debe estar convenientemente graduado, además de permitir la visualización del flotador. El tubo se puede graduar teniendo en cuenta que la fuerza de arrastre depende de la velocidad del fluido, y una vez se conoce esta, se puede obtener el caudal. Como se puede intuir, la fuerza de arrastre depende de la viscosidad del fluido. La medida puede ser directa al estar la escala graduada en el tubo, pero también existen modelos en los que el flotador da una señal en función de su posición, y se puede utilizar esta para extraer la medida en otra escala graduada, o bien para acondicionar la señal y adecuarla para un bus de campo o bien transmitirla a un regulador. El medidor mas representativo de esta clase es el rotametro, el cual opera con el mecanismo anteriormente descrito.

VELOCIDAD
Principalmente existen tres elementos para caudalímetros que basan su principio de funcionamiento en la velocidad del fluido: Los vertederos (para canales abiertos), las turbinas y las sondas ultrasónicas. Los primeros, en este artículo no serán de mucho interés, los medidores de caudal tipo turbina se basan en un rotor que gira a una velocidad proporcional al caudal
del fluido que pasa. Para obtener la velocidad de giro del rotor se pueden utilizar dos técnicas. La primera de ellas consiste en la variación de la reluctancia que experimenta un circuito magnético exterior al paso de cada una de las palas del rotor. Dentro del grupo de los medidores rotativos, destacan el cicloidal, el birrotor y eloval.
Los cicloidales consisten en dos lóbulos engranados entre sí que giran en direcciones opuestas y desplazando un volumen fijo de fluido en cada revolución. El sistema birrotor consta de dos rotores sin contacto mecánico entre sí que giran sincronizados gracias a un acoplamiento con engranajes externo a la cámara por donde pasa el fluido (donde están los dos rotores). El desgaste mecánico es mínimo por no existir contacto entre los dos rotores y porque estos están equilibrados estática y dinámicamente. Además, se apoyan en rodamientos de bola de acero inoxidable. Su aplicación principal es la medición de caudales de productos petrolíferos. Los medidores ovales están formados por dos ruedas ovales que engranan entre sí. Su movimiento de giro es debido a la presión diferencial creada por el fluido.

CORIOLIS
El teorema de Coriolis dice que la aceleración absoluta de un móvil es la resultante de la relativa, la de arrastre y la de Coriolis. Los medidores de caudal másico basados en este teorema son de dos tipos. El primer tipo consta de un tubo en forma de W, el cual se hace vibrar perpendicularmente al sentido del desplazamiento del flujo. Esta vibración controlada crea una fuerza de aceleración en la tubería de entrada del fluido y una fuerza de deceleración en la  de salida, con lo que se genera un par que provoca la torsión del tubo, que es proporcional a la masa instantánea del fluido circulante. El segundo tipo está formado por dos tubos paralelos; estos se hacen vibrar de forma controlada  a su frecuencia de resonancia. Con los sensores adecuados (generalmente ópticos) se detecta la fase de la vibración y con ella el caudal masa, ya que es proporcional. Cuando el caudal masa es cero, la diferencia de fase también es nula. La gran ventaja de los caudalímetros basados en la aceleración de coriolis es que son inmunes a prácticamente todo: presión (tanto nominal  como posibles pulsaciones), temperatura (excepto variaciones bruscas), densidad, viscosidad, perfil del flujo, y flujos multifase (con sólidos en suspensión).  Un posible problema es la vibración, que si no está controlada y no actúa en forma correcta sobre
los elementos preparados para tal fin, se puede transmitir a los tubos y, consecuentemente, someterlos a un proceso de fatiga que conduciría a finalizar con un deterioro prematuro.



   http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/medidores/medidoresdeqentuberias/medidoresdeqentuberias.html                                                     

                                                                                            ROTAMETRO


TERMICO
 Los medidores térmicos de caudal usan dos técnicas para la determinación del caudal másico. La primera es la elevación de temperatura que experimenta el fluido en su paso por un cuerpo caliente y la segunda es la pérdida de calor experimentada por un cuerpo caliente inmerso en un fluido. Sea cual sea la técnica que utilicen los caudalímetros térmicos, se basan en la general insensibilidad de los fluidos a la variación de su calor específico en función de la presión y de la temperatura, es decir, el calor específico de los fluidos se puede considerar prácticamente independiente de la presión y de la temperatura. DT):     q = m * cp * DT

Según la primera ley de la termodinámica, la pérdida de calor del fluido (q) es proporcional al caudal másico (m), al calor específico (cp) y al salto térmico (
 Si se conoce el fluido, se sabe su calor específico, el salto térmico se puede medir mediante sensores y el calor cedido es el aportado externamente para poder realizar la medición. Solo queda el caudal másico como incógnita y por tanto, se puede calcular.
  Actualmente en el mercado existen una gran variedad de medidores los cuales tienen diversos principios de funcionamiento, como también diversos tipos de usos por lo tanto de acuerdo a las necesidades se seleccionara determinado medidor.
MEDIDOR DE CAUDAL DE FUELLES DE PALETA: este tipo de disposición es ideal para utilizarse en aplicaciones donde la suciedad y los contaminantes de granos sólidos son una gran preocupación. Este dispositivo opera de la siguiente forma: el caudal provoca que la paleta (1) sea desviada en la dirección del caudal contra la fuerza de un resorte (2). Un fuelle (3) fabricado de bronce (o de preferencia acero inoxidable), aísla en forma hermética el medio de la sección de medición. El movimiento de la paleta (1) se transmite directamente a un indicador (4) , este indica el caudal o la trasmite a un condicionador de señales. Un microinterruptor (6) y una lámpara indicadora (7) se activan cuando se alcanza el punto de referencia. La lámpara se acciona cuando el caudal está por debajo del punto de referencia. Las unidades están disponibles para instalación en línea de tuberías ya sea con extremos roscados o bridados.

               
 ROTÁMETRO
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 ranuras 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.
 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.
 FLUXOMETRO DE VORTICE
Una obstrucción chata colocada en la corriente del flujo provoca la creación de vortices y se derrama del cuerpo a una frecuencia que es proporcional a la velocidad del flujo. Un sensor en el fluxometro detecta los vortices y genera una indicación en la lectura del dispositivo medidor.


FLUXIOMETRO ELECTROMAGNETICO

Su principio de medida esta basado en la ley de Faraday, la cual expresa que al pasar un fluido conductivo a través de un campo magnético, se produce una fuerza electromagnética (F.E.M.), directamente proporcional a la velocidad del mismo, de donde se puede deducir también el caudal.
Está 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 magnetico, y todo se recubre de una protección externa, con diversos grados deseguridad
El flujo completamente sin obstrucciones es una de las ventajas de este medidor. El fluido debe ser ligeramente conductor debido a que el medidor opera bajo el principio de que cuando un conductor en movimiento corta un campo magnético, se induce un voltaje.
Los componentes principales incluyen un tubo con un material no conductor, dos bobinas electromagnéticas y dos electrodos, alejados uno del otro, montados a 180° en la pared del tubo. Los electrodos detectan el voltaje generado en el fluido. Puesto que le voltaje generado es directamente proporcional a la velocidad del fluido, una mayor velocidad de flujo genera un voltaje mayor. Su salida es completamente independiente de la temperatura, viscosidad, gravedad específica o turbulencia. Los tamaños existentes en el mercado van desde 5 mm hasta varios metros de diámetr

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


Es una contracción gradual de la corriente de flujo seguida de una sección cilíndrica recta y corta. Debido a la contracción pareja y gradual, existe una pérdida muy pequeña. A grandes valores de Reynolds (106) C es superior a 0.99.
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 hidrodinamica evita que sedimentos transportados por el fluido queden adheridos a la tobera.


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


 FACTOR DE CORRECCION DE CORIOLIS


Energía cinética específica de una partícula fluida
Flujo total de peso a través de un diferencial de área
Flujo de energía cinética total a través de un diferencial de área
Flujo de energía cinética total a través de la sección
La velocidad varía en los diferentes puntos de la sección transversal, y el resultado del integral requiere un ajuste para poderlo expresar en términos de la velocidad media en la sección.  El coeficiente que permite igualar las expresiones, a, se conoce como coeficiente de Coriolis para la corrección de energía específica
Y la expresión para el coeficiente de corrección de Coriolis es
A partir de este coeficiente se redefine la ecuación de la energía

http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/confinado/coriolis.htm
LINEAS DE TRAYECTORIA Y LINEAS DE CORRIENTE

LINEA DE CORRIENTE es una curva imaginaria que conecta una serie de puntos en el espacio en un instante dado, de tal forma que todas las partículas que están sobre la curva en ese instante tienen velocidades cuyos vectores son tangentes a la misma, como se indica en la figura 2-3(a). De aquí, las líneas de corriente indican la dirección del movimiento de las partículas que se encuentran a lo largo de ellas, en el instante dado.
TUBO DE CORRIENRTEo filamento de flujo es un tubo pequeño imaginario o conducto, cuya frontera está formada por líneas de corriente.
Las líneas de corriente son fronteras en el mismo sentido que las paredes son fronteras de los conductos reales. Recíprocamente, las fronteras de un conducto real o de cualquier
sólido inmerso en el fluido son líneas de corriente. Si las fronteras son paredes sólidas no hay componente normal de la velocidad en las mismas.
En el movimiento permanente, las líneas de flujo se conservan fijas con respecto al sistema de referencia. Más aún, las líneas del flujo permanente coinciden con las trayectorias de las partículas móviles. En el movimiento variable o no permanente, una partícula del fluido no permanecerá, en general, sobre la misma línea de flujo; por lo tanto, las trayectorias de las partículas y las líneas de corriente no coinciden. El flujo uniforme variable es una excepción de esta regla. La figura 2-3(b) muestra una línea de corriente y la trayectoria de una partícula para un fluido no uniforme y variable. Se muestran los vectores velocidad de las partículas a, b y c, sobre la línea de corriente para el tiempo t1. para los tiempos t2 y t3. se muestra la partícula a, ocupando sucesivas posiciones sobre
su trayectoria, apartándose de la línea de corriente.
CINEMÁTICA DE LOS FLUIDOS: Es la parte de la mecánica de los fluidos que estudia el comportamiento de éstos en movimiento, sin importar las causas que lo producen.
TRAZA: Para estudiar experimentalmente el movimiento de un fluido, con frecuencia se inyecta en él un colorante o humo. Las huellas del colorante o del humo se llaman trazas. En el movimiento permanente, la traza coincide con la línea de corriente y con la trayectoria de las partículas.
TRAYECTORIA: De la partícula, es el camino que recorre una partícula de fluido en su movimiento. La trayectoria de una partícula es una línea de corriente. Una partícula se mueve siempre tangente a la línea de corriente.
 FILAMENTO DE CORRIENTE.
SUPERFICIE DE CONTROL: Es la frontera del volumen de control. Las fronteras de un sistema forman una superficie cerrada que puede variar con el tiempo de manera que contenga la misma masa durante cambios en su condición. Por ejemplo: 1 Kg. de gas puede estar confinado en un cilindro y comprimirse por el movimiento de un pistón. La frontera del sistema que coincide con el extremo del pistón se mueve entonces con el pistón. El sistema puede contener una masa infinitesimal o una finita grande de fluidez y sólidos a voluntad del investigador.
VOLUMEN DE CONTROL: Se refiere a una región en el espacio y es útil en el análisis de situaciones donde ocurre flujo dentro y fuera del espacio. El tamaño y forma del volumen de control son totalmente arbitrarios, pero con frecuencia se hacen coincidir con fronteras sólidas en partes; en otra partes se dibujan normales a las direcciones de flujo para simplificar. Por superposición de una velocidad uniforme sobre un sistema y sus alrededores, a veces se puede encontrar una situación conveniente para la aplicación del volumen de control.
Ejemplo: La determinación de la velocidad de una onda sonora en un medio.
Al volumen de control también se le denomina SISTEMA ABIERTO.
SECCIÓN DE CONTROL: Se sitúa a la entrada o salida de los canales, así como en los cambios de pendiente de las solerás de los canales, bajo ciertas condiciones.
FLUJO DE MASA: Es la masa que en la unidad de tiempo atraviesa una sección de control.
Ecuación: masa/ tiempo= M

170441 MIGUEL ANGEL ACOSTA MEJIA
170455 YENSIS SUAREZ ACOSTA
170419 ANTONY GUZMAN SARABIA
170415 LISSETH JOHANA SIERRA

martes, 5 de octubre de 2010

PRESION.

1.PRESION

La presión es la magnitud que relaciona la fuerza con la superficie sobre la que actúa, es decir, equivale a la fuerza que actúa sobre la unidad de superficie. Cuando sobre una superficie plana de área A se aplica una fuerza normal F de manera uniforme y perpendicularmente a la superficie, la presión P viene dada por:

P=F/A


En un caso general donde la fuerza puede tener cualquier dirección y no estar distribuida uniformemente en cada punto la presión se define como:


Donde es un vector unitario y normal a la superficie en el punto donde se pretende medir la presión.

P=dF.N/dA



1.1 PRESION ABSOLUTA Y RELATIVA


En determinadas aplicaciones la presión se mide no como la presión absoluta sino como la presión por encima de la presión atmosférica, denominándose presión relativa, presión normal, presión de gauge o presión manométrica. Consecuentemente, la presión absoluta es la presión atmosférica más la presión manométrica (presión que se mide con el manómetro).

Unidades de medida, presión y sus factores de conversión
La presión atmosférica es de aproximadamente de 101.300 pascales (101,3 kPa), a nivel del mar .


Las obsoletas unidades manométricas de presión, como los milímetros de mercurio, están basadas en la presión ejercida por el peso de algún tipo estándar de fluido bajo cierta gravedad estándar. Las unidades de presión manométricas no deben ser utilizadas para propósitos científicos o técnicos, debido a la falta de repetibilidad inherente a sus definiciones. También se utilizan los milímetros de columna de agua (mm c.d.a.)

1.2 PRESION MANOMETRICA


Se llama presión manométrica a la diferencia entre la presión absoluta o real y la presión atmosférica. Se aplica tan solo en aquellos casos en los que la presión es superior a la presión atmosférica.

Muchos de los aparatos empleados para la medida de presiones utilizan la presión atmosférica como nivel de referencia y miden la diferencia entre la presión real o absoluta y la presión atmosférica, llamándose a este valor presión manométrica.

Los aparatos utilizados para medir la presión manométrica reciben el nombre de manómetros y funcionan según los mismos principios en que se fundamentan los barómetros de mercurio y los aneroides. La presión manométrica se expresa bien sea por encima o por debajo de la presión atmosférica. Los manómetros que sirven para medir presiones inferiores a la atmosférica se llaman manómetros de vacío o vacuómetros.






1.3 PRESION ATMOSFERICA

La presión atmosférica es la presión ejercida por el aire atmosférico en cualquier punto de la atmósfera. Normalmente se refiere a la presión atmosférica terrestre, pero el término es generalizable a la atmósfera de cualquier planeta o satélite.

La presión atmosférica en un punto representa el peso de una columna de aire de área de sección recta unitaria que se extiende desde ese punto hasta el límite superior de la atmósfera. Como la densidad del aire disminuye cuando nos elevamos, no podemos calcular ese peso a menos que seamos capaces de expresar la densidad del aire ρ en función de la altitud z o de la presión p. Por ello, no resulta fácil hacer un cálculo exacto de la presión atmosférica sobre la superficie terrestre; por el contrario, es muy fácil medirla.


                                                             figura (2)

En la figura 2 apreciamos un barometro aneroide


1.4 PROPIEDADES DE LA PRESION EN UN MEDIO FLUIDO.

1.La presión en un punto de un fluido en reposo es igual en todas las direcciones .
2.La presión en todos los puntos situados en un mismo plano horizontal en el seno de un fluido en reposo (y situado en un campo gravitatorio constante) es la misma.
3.En un fluido en reposo la fuerza de contacto que ejerce en el interior del fluido una parte de este sobre la otra es normal a la superficie de contacto (Corolario: en un fluido en reposo la fuerza de contacto que ejerce el fluido sobre la superficie sólida que lo contiene es normal a ésta).
4.La fuerza asociada a la presión en un fluido ordinario en reposo se dirige siempre hacia el exterior del fluido, por lo que debido al principio de acción reacción, resulta en una compresión para el fluido, jamás una tracción.
5.La superficie libre de un líquido en reposo (y situado en un campo gravitatorio constante) es siempre horizontal. Eso es cierto sólo en la superficie de la Tierra y a simple vista, debido a la acción de la gravedad no es constante. Si no hay acciones gravitatorias, la superficie de un fluido es esférica y, por tanto, no horizontal.
6.En los fluidos en reposo, un punto cualquiera de una masa líquida está sometida a una presión que es función únicamente de la profundidad a la que se encuentra el punto. Otro punto a la misma profundidad, tendrá la misma presión. A la superficie imaginaria que pasa por ambos puntos se llama superficie equipotencial de presión o superficie isobárica.




2. DISPOSITIVOS PARA MEDIR PRESION.

Para medir presión:

2.1 barómetro
2.2 manómetro
2.3 tubo de Pitot (utilizado para determinar la velocidad)
2.4 piezometro


2.1 BAROMETRO

Un barómetro es un instrumento que mide la presión atmosférica. La presión atmosférica es el peso por unidad de superficie ejercida por la atmósfera.

Los primeros barómetros estaban formados por una columna de líquido encerrada en un tubo cuya parte superior está cerrada. El peso de la columna de líquido compensa exactamente el peso de la atmósfera.

Los barómetros son instrumentos fundamentales para medir el estado de la atmósfera y realizar predicciones meteorológicas. Las altas presiones se corresponden con regiones sin precipitaciones, mientras que las bajas presiones son indicadores de regiones de tormentas y borrascas.


                                                                      figura (3)
en la figura (3) observamos un dibujo esquematizado de un baròmetro.


TIPOS DE BAROMETROS

2.1.1 El barómetro aneroide: es un barómetro que no utiliza mercurio. Indica las variaciones de presión atmosférica por las deformaciones más o menos grandes que aquélla hace experimentar a una caja metálica de paredes muy elásticas en cuyo interior se ha hecho el vacío más absoluto. Se gradúa por comparación con un barómetro de mercurio pero sus indicaciones son cada vez más inexactas por causa de la variación de la elasticidad del resorte metálico. Fue inventado por Lucien Vidie en 1844.

2.1.2Los altímetros barométricos utilizados en aviación son esencialmente barómetros con la escala convertida a metros o pies de altitud.


Del barómetro se deriva un instrumento llamado barógrafo, que registra las fluctuaciones de la presión atmosférica a lo largo de un periodo de tiempo mediante una técnica muy similar a la utilizada en los sismógrafos.


                                                        figura (4)

en la figura (4) observamos un barografo..


2.2 MANOMETRO

Un manómetro (del gr. μανός, ligero, poco denso, y ‒́metro) es un aparato que sirve para medir la presión de fluidos contenidos en recipientes cerrados. Existen, básicamente, dos tipos: los de líquidos y los de gases.

2.2.1 MANOMETRO DE DOS RAMAS ABIERTAS O DE TUBO EN U

El manómetro más sencillo consiste en un tubo de vidrio doblado en ∪ que contiene un líquido apropiado (mercurio, agua, aceite, ...). Una de las ramas del tubo está abierta a la atmósfera; la otra está conectada con el depósito que contiene el fluido cuya presión se desea medir.

El fluido del recipiente penetra en parte del tubo en ∪, haciendo contacto con la columna líquida. Los fluidos alcanzan una configuración de equilibrio de la que resulta fácil deducir la presión manométrica en el depósito:

PM = P - Patm + Pmgh + Pgd

donde ρm y ρ son las densidades del líquido manométrico y del fluido contenido en el depósito, respectivamente.



                                                            figura 2.2.1 manometro de dos ramas abiertas


2.2.2 MANOMETRO TRUNCADO

El llamado manómetro truncado sirve para medir pequeñas presiones gaseosas, desde varios torrs hasta 1 Torr. No es más que un barómetro de sifón con sus dos ramas cortas. Si la rama abierta se comunica con un depósito cuya presión supere la altura máxima de la columna barométrica, el líquido barométrico llena la rama cerrada. En el caso contrario, se forma un vacío barométrico en la rama cerrada y la presión absoluta en el depósito vendrá dada por:

P = Pmgh + Pgd
 
                                                          figura 2.2.2 manometro truncado



2.2.3 MANOMETRO METALICO O ANEROIDE

En la industria se emplean casi exclusivamente los manómetros metálicos o aneroides, que son barómetros aneroides modificados de tal forma que dentro de la caja actúa la presión desconocida que se desea medir y fuera actúa la presión atmosférica. El más corriente es el manómetro de Bourdon, consistente en un tubo metálico, aplastado, hermético, cerrado por un extremo y enrrollado en espiral. El extremo abierto se comunica con el depósito que contiene el fluido cuya presión se desea medir; entonces, al aumentar la presión en el interior del tubo, éste tiende a desenrollarse, y pone en movimiento una aguja indicadora frente a una escala calibrada en unidades de presión.

                                            figura 2.2.3 manometro metalico





2.2.4 MANOMETRO DIFERENCIAL

El manómetro diferencial mide la diferencia de presión entre dos puntos (P1 y P2) de allí su nombre.

Con base en la figura se puede escribir la ecuación:

P = P2 - P.g.a - p.g.h + pm.g.h - p.g.h + p.g.h + p.g.a

que se reduce a:

p1 - p2 = h.g.(pm-p)

Donde:

pm= densidad del líquido manométrico, generalmente se utiliza el mercurio

p= densidad del fluido

La sensibilidad del manómetro es tanto mayor, cuanto menor sea la diferencia (pm-p).Su uso es muy frecuente en filtros en línea. De esta forma se puede observar facilmente lo opturado que se encuentra el filtro midiendo la diferencia de presión entre la entrada y la salida del filtro.


                                                         figura 2.2.4 manometro diferencial





2.2.5 MANOMETRO CERADOS: TIPO BOURDON

Los tubos de Bourdon son tubos curvados en forma circular de sección oval. La presión a medir actúa sobre la cara interior del tubo, con lo que la sección oval se aproxima a la forma circular. Mediante el acodamiento del tubo de Bourdon se producen tensiones en el borde que flexionan el tubo. El extremo del tubo sin tensar ejecuta un movimiento que representa una medida de la presión el cual se traslada a una aguja indicadora.

Para presiones hasta 40 bar se utilizan en general tubos curvados de forma circular con un ángulo de torsión de 270°, para presiones superiores, tubos con varias vueltas en forma de tornillo.

Los tubos de Bourdon tienen una fuerza de retorno relativamente baja. Por ello, debe tenerse en cuenta su influencia en la indicación, en los equipos adicionales como por ejemplo indicadores de seguimiento, transmisores de señal límite o potenciómetros de control remoto. Los órganos de medición de tubo de Bourdon solamente pueden protegerse contra sobrecarga de manera limitada mediante el apoyo del órgano medidor con un valor límite de presión.



                                       figura 2.2.5 manometro de bourdon


2.3 TUBO DE PITOT (utilizado para determinar la velocidad)

El tubo de Pitot, inventado por el ingeniero francés Henri Pitot en 1732, sirve para calcular la presión total, también llamada presión de estancamiento (no no no), presión remanente o presión de remanso (suma de la presión estática y de la presión dinámica).


                             figura 2.3 tubo de pitot


2.4 PIEZOMETRO

Los piezómetros son comúnmente utilizados para medir la presión del agua que puede ser inducida durante la construcción de la presa. Se utilizan también para medir la presión del agua y el nivel de la superficie freática causadas por la infiltración del agua a través de porciones relativamente permeables del terraplén y la fundación. Dichas mediciones pueden llegar a ser críticas debido a posible tubificación u otras condiciones de inestabilidad o infiltración inducida, tales como elevaciones excesivas de la presión hidrostática. Los piezómetros pueden ser diseñados para operar como sistemas abiertos o cerrados.

Las celdas de presión total se utilizan para monitorear la presión estática total que actúa sobre una superficie plana y ayudan a definir la magnitud de esfuerzos principales en terraplenes y contra conducciones, estructuras de operación, fundaciones y paredes de retención.


                                            figura 2.4 piezometro

BIBLIOGRAFIA

http://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n_atmosf%C3%A9rica

http://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Man%C3%B3metro

http://www.monografias.com/trabajos60/la-metrologia/la-metrologia.shtml

http://www.google.com.co/#hl=es&biw=1020&bih=596&q=piez%C3%B3metro&aq=0s&aqi=g-s1&aql=&oq=PIZOMETRO&gs_rfai=&fp=ad6a9956eccb4c11


170441 MIGUEL ANGEL ACOSTA MEJIA
170455 YENSIS SUAREZ ACOSTA
170419 ANTONY GUZMAN SARABIA
170415 LISSETH JOHANA SIERRA

martes, 10 de agosto de 2010

PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS

1. MASA

La masa, es la medida de la inercia, que únicamente para algunos casos puede entenderse como la magnitud que cuantifica la cantidad de materia de un cuerpo. La unidad de masa, en el Sistema Internacional de Unidades es el kilogramo (kg). Es una cantidad escalar y no debe confundirse con el peso, que es una cantidad vectorial que representa una fuerza.




2. PESO

El peso de un cuerpo es una magnitud vectorial, el cual se define como la fuerza con la cual un cuerpo actúa sobre un punto de apoyo, a causa de la atracción de este cuerpo por la fuerza de la gravedad.

La situación más corriente, es la del peso de los cuerpos en las proximidades de la superficie de un planeta como la Tierra, o de un satélite. El peso de un cuerpo depende de la intensidad del campo gravitatorio y de la masa del cuerpo. En el Sistema Internacional de Magnitudes se establece que el peso, cuando el sistema de referencia es la Tierra, comprende no solo la fuerza gravitatoria local, sino también la fuerza centrífuga local debida a la rotación; por el contrario, el empuje atmosférico no se incluye.



3. FUERZA

la fuerza es una magnitud física que mide la intensidad del intercambio de momento lineal entre dos partículas o sistemas de partículas (en lenguaje de la física de partículas se habla de interacción). Según una definición clásica, fuerza es toda causa agente capaz de modificar la cantidad de movimiento o la forma de los cuerpos materiales. No debe confundirse con los conceptos de esfuerzo o de energía.



4. DENSIDAD

La densidad o densidad absoluta es la magnitud que expresa la relación entre la masa y el volumen de un cuerpo. Su unidad en el Sistema Internacional es el kilogramo por metro cúbico (kg/m3), aunque frecuentemente se expresa en g/cm3.



5. PESO ESPECIFICO

El peso específico de una sustancia se define como su peso por unidad de volumen.

Se calcula dividiendo el peso de un cuerpo o porción de materia entre el volumen que éste ocupa. En el Sistema Técnico, se mide en kilopondios por metro cúbico (kp/m³). En el Sistema Internacional de Unidades, en newton por metro cúbico (N/m³).



6. VOLUMEN ESPECIFICO

Es el volumen ocupado por unidad de masa de un material. Es la inversa de la densidad.no dependen de la cantidad de materia. ejemplos: dos pedazos de hierro de distinto tamaño tienen diferente peso y volumen pero el peso específico de ambos sera igual. este es independiente de la cantidad de materia considerada para calcularlo. A las propiedades que no dependen de la cantidad de materia se las llama "Propiedades Intensivas". Dentro de estas están también por ejemplo el punto de ebullición, el brillo, el color, la dureza y el punto de fusión.



7. DENSIDAD RELATIVA

La densidad relativa es una comparación de la densidad de una sustancia con la densidad de otra que se toma como referencia. La densidad relativa es adimensional (sin unidades), ya que queda definida como el cociente de dos densidades.

La densidad relativa está definida como el cociente entre la densidad de una sustancia y la de otra sustancia tomada como referencia, resultando





8. TENSION SUPERFICIAL.

Se denomina tensión superficial de un líquido a la cantidad de energía necesaria para aumentar su superficie por unidad de área.[1] Esta definición implica que el líquido tiene una resistencia para aumentar su superficie. Este efecto permite a algunos insectos, como el zapatero (Gerris lacustris), desplazarse por la superficie del agua sin hundirse. La tensión superficial (una manifestación de las fuerzas intermoleculares en los líquidos), junto a las fuerzas que se dan entre los líquidos y las superficies sólidas que entran en contacto con ellos, da lugar a la capilaridad.





10.PRESION DE VAPOR

La presión de vapor o más comunmente presión de saturación es la presión de la fase gaseosa o vapor de un sólido o un líquido sobre la fase líquida, para una temperatura determinada, en la que la fase líquida y el vapor se encuentran en equilibrio dinámico; su valor es independiente de las cantidades de líquido y vapor presentes mientras existan ambas. Este fenómeno también lo presentan los sólidos; cuando un sólido pasa al estado gaseoso sin pasar por el estado liquido (proceso denominado sublimación o el proceso inverso llamado deposicitación o sublimación inversa) también hablamos de presión de vapor.



11. VISCOSIDAD

La viscosidad es la oposición de un fluido a las deformaciones tangenciales. Un fluido que no tiene viscosidad se llama fluido ideal. En realidad todos los fluidos conocidos presentan algo de viscosidad, siendo el modelo de viscosidad nula una aproximación bastante buena para ciertas aplicaciones.



12. FLUJO MASICO

Gasto másico o Flujo másico es la magnitud que expresa la variación de la masa en el tiempo.Tambien es la diferencial de la masa con respecto al tiempo. Se trata de algo frecuente en sistemas termodinámicos, pues muchos de ellos (tuberías, toberas, turbinas, compresores, difusores...) actúan sobre un fluido que lo atraviesa. Su unidad es el kg/s


Se puede expresar el flujo másico como la densidad (ρ, que puede estar en función de la posición, ρ(r)) por un diferencial de volumen.



13. FLUJO VOLUMETRICO

El flujo volumétrico o tasa de flujo de fluidos es el volúmen de fluido que pasa por una superficie dada en un tiempo determinado. Usualmente es representado con la letra Q mayúscula.

Algunos ejemplos de medidas de flujo volumétrico son: los metros cúbicos por segundo (m3/s, en unidades básicas del Sistema Internacional) y el pie cúbico por segundo (cu ft/s en el sistema inglés de medidas).