MEDIDORES DE VELOCIDAD

 

Principales Medidores

 

*     Medidores de Turbina

*     Medidor Electromagnético

*     Medidor Vortex

*     Rotámetro

*     Medidores  Ultrasónicos

 

 

Medidores de Turbina

 

Consiste  de un juego de paletas o aspas acopladas a un eje, las cuales giran cuando pasa un fluido a través de ellas. La velocidad a la cual giran estas aspas es proporcional a la velocidad del flujo, y si tenemos la velocidad y el área del conducto se puede determinar el caudal. Las turbinas deben instalarse de tal modo que no se vacíe cuando cesa el caudal ya que el choque del agua a alta velocidad contra el medidor vacío lo dañaría seriamente.

 

Para captar la velocidad de la turbina existen dos tipos de convertidores:

 

·        Reluctancia: La velocidad esta determinada por el paso de las palas individuales de la turbina a través del campo magnético, esta variación cambia el flujo induciendo una corriente alterna en la bomba captadora.

 

·        Inductivo: El rotor lleva incorporados un imán permanente y el campo magnético giratorio que se origina produce una corriente alterna en una bobina captadora exterior.

 

Para estos dos convertidores el rotor de turbina genera la frecuencia la cual es proporcional al caudal, siendo del orden a 250 a 1200 ciclos por segundos para caudal máximo.

 

 

 

 

 

 

 

Medidor de Turbina

 

 

 

Medidor Electromagnético

 

·        Se basa en la ley de inducción electromagnética de Faraday: “el voltaje inducido en un conductor que se mueve en un campo magnético, es proporcional a la velocidad del conductor, dimensión del conductor, y fuerza del campo magnético”.

 

·        Con este principio, se hace pasar un fluido conductor a través de campo magnético producido por un conjunto de bobinas sujetas al exterior de la tubería, generando un voltaje perpendicular al flujo y al campo magnético. Este voltaje es proporcional a la longitud del conductor, a la densidad del campo magnético y la velocidad con que atraviesa el conductor este campo magnético, y como se sabe el área de la tubería se determina el caudal en ese instante.

 

·        El medidor consta de:

 

Ø      Tubo de Caudal:

 

§         El propio tubo (de material no Magnético) recubierto de material no conductor (para no corto-circular el voltaje inducido )

§         Bobinas generadoras del campo magnético

§         Electrodos detectores del voltaje inducido en el fluido.

 

Ø      Transmisor:

 

 

·        Es poco sensible a los perfiles de velocidad y exigen conductividad de 5((/cm

·        No originan caída de presión

·        Se usan para líquidos  sucios, viscosos y contaminados.

 

 

Es importante señalar que la diferencia de potencial entre los electrodos es del orden de milivoltios, por lo que dicha señal tiene que ser amplificada mediante un dispositivo secundario denominado convertidor, que proporciona una señal de salida en miliamperios, en voltios o en impulsos.

 

Entre las ventajas más fundamentales se pueden señalar las siguientes:

 

·        No presentan obstrucciones al flujo, por lo que son adecuados para la medida de todo tipo de suspensiones, barros, melazas, etc.

 

 

 

 

 

 

 

 

Entre las desventajas se pueden destacar las siguientes:

 

·        El líquido cuyo caudal se mide tiene que tener una razonable conductividad eléctrica.

 

 

 

Medidor Vortex

 

La introducción de un cuerpo romo en la corriente de un fluido provoca un fenómeno de la mecánica de fluidos conocido como vórtice o torbellino (efecto de Van Karman).  Los vórtices son áreas de movimiento circular con alta velocidad local.  La frecuencia de aparición de los vórtices es proporcional a la velocidad del fluido. Los vórtices causan áreas de presión fluctuante que se detectan con sensores.  Para poder usar este medidor es necesario que el fluido tenga un valor mínimo del número de Reynolds (Re= ρ v D / μ).

Indicado para gases y líquidos limpios.

 

 

 

 

 

 

Rotámetro

                 

Medidores de área variable en los que un flotador cambia su posición de forma proporcional al caudal  Como indicador visual. Se le puede hacer acoplamiento magnético  Instalación en vertical, además es un diafragma de orificio variable teniendo un coeficiente de descarga que englobara el reparto desigual de velocidades, la contracción de la vena del fluido, las rugosidades de la tubería, etc.

 

 

Datos de las siglas, que hay en el rotámetro: G = peso del flotador,nf = volumen del flotador, rf = peso específico del flotador, rt = peso específico del fluido, E = fuerza de arrastre del fluido sobre el flotador, F = fuerza de empuje del fluido sobre el flotador, C d = coeficiente de arrastre del fluido sobre el flotador, n = velocidad del fluido, Af = área de la sección del flotador, Aw = sección interior del tubo.

 

Ecuación de las fuerzas del flotador:

 

Condiciones de equilibrio se cumplen las siguientes

 

G = nfrf

F = nfrt

E = C drt Afn2/2g

F + E = G

 

 

Ecuación de caudal:

 

Esto permite determinar el caudal de un fluido que pasa a través de un rotámetro conocido. el caudal depende del peso específico del líquido y de los valores de la sección interior del tubo, ya que la misma cambia según sea el punto de equilibrio del flotador.

 

 

Resulta

 

O bien en unidades de peso:

 

Con el fin de normalizar los cálculos se acostumbra a referir los caudales del líquido o del vapor y gas a sus equivalentes en agua y aire respectivamente.

 

Los rotámetros ocupan  tubos que pueden ser de vidrio y metálicos. Están mecanizados para asegurar la intercambiabilidad de los diversos tubos y flotadores a fin de obtener caudales correspondientes, sin tener que calibrar individualmente.

 

 

Los flotadores pueden tener varios perfiles de construcción:

 

 

 

 

 

Los flotadores pueden ser de acero inoxidable 316, aunque debido a los requerimientos de resistencia a la corrosión que se presenta en la industria también se usan otros materiales, como flotadores de plástico, pero se prefieren los metálicos por su mayor facilidad de mecanización del borde superior. Las escalas de los rotámetros se graban en una escala de latón o de aluminio montada a lo largo del tubo y situada en coincidencia con la línea de cero del tubo o bien directamente en un tubo de vidrio. La escala puede estar en unidades directas de caudal o bien en un porcentaje de la escala total. En el último caso, se añade un factor de multiplicación a todas las lecturas para convertir a unidades de caudal en volumen o peso del fluido. Otra forma de graduar la escala es en mm acompañando una curva de calibración caudal-lectura en mm para determinar el caudal del fluido.(amplitud de 10 a 1).

 

La calibración de los rotámetros se consigue básicamente manteniendo constante el paso de un caudal a través del rotámetro y midiendo la cantidad de líquido o de gas recogido en un tiempo dado medido con precisión. El volumen del líquido suele medirse con buretas graduadas o básculas mientras que en los gases se utilizan gasómetros y calibradores graduados con sello de mercurio. Para la medición del tiempo se utilizan cronómetros que midan al menos 0,01 segundos.

 

Según su aplicación los rotámetros se pueden clasificar en rotámetros de purga, de indicación directa con indicación magnética y transmisión neumática y electrónica.

 

El rotámetro de purga: Se utilizan para caudales pequeños, en sus aplicaciones se destaca la purga hidráulica de sellos mecánicos en bombas, la medición  por burbujeo, la purga de elementos de presión diferencial entre algunas

 

El rotámetro de vidrio: (indicación directa) adoptan distintas disposiciones como: llevar placas laterales, sellamiento con ventanas de cristal para observar el tubo, disponen de armaduría de seguridad y de anti-hielo con gel de sílice para evitar la humedad, entre algunas cosas.

 

El rotámetro By-pass. Es un medidor de caudal de fluido, por lo tanto no de la presión diferencial, la escala de medida de este rotámetro es lineal y no de raíz cuadrada como se podría suponer siendo el elemento de medida un diafragma.

 

 

Los transductores eléctricos acoplados a rotámetros pueden ser de varios tipos:

 

 

 

Los transmisores neumáticos: acoplados al rotámetro consisten en una leva que sigue el movimiento del flotador de manera magnética y esta entre 2 toberas neumáticas.(tobera forma parte de transmisor de equilibrio).

 

Uso de caudalímetros de área variable (rotámetros/flotámetro) para líquidos y gases

Miden e Indican Caudal Instantáneo. Se  utilizan para Controlar el rendimiento de Bombas, así como Procesos de Mezcla o de Dosificación Volumétrica contínua (en línea), cuando los flujos deben mantenerse constantemente dentro de límites precisos. Son muy solicitados por su razonable costo, sencillez operativa, bajo mantenimiento, larga duración y enorme robustez.

Se puede  adecuar  el diseño, si  lo requiere, de manera que su caudal mínimo y máximo determinan los extremos de la Escala de Lectura .

Rotametro metalico para bajos caudales para liquidos y gases


Mide e indica caudal instantáneo. Construído con tubo de medición metálico en lugar de vidrio es el medidor A/V (Área Variable) confiable y exacto para bajos caudales, apto para altas presiones y fluídos agresivos o difíciles de manejar. Es muy utilizado para dosificar aditivos o ingredientes costosos en especialidades químicas, farmacéuticas, cosméticas, alimenticias, así como en Investigación y Desarrollo. Indicador acoplado magnéticamente con escalas intercambiables. Reed switch hermético (opcional) con novedoso doble sensor provee alarma sin afectar performance.

 

Rotámetro metálico para liquidos, gases y vapor, grandes caudales.


Mide e indica caudal instantáneo. Construido con tubo de medición metálico en lugar de vidrio puede manejar un muy amplio rango de caudales con gran exactitud (2%) a pesar de elevadas temperaturas y presiones en zonas explosivas. mínima caída de presión interna, no requiere contra presión, y dispone amortiguación para eliminar rebotes no deseados del flotante. indicador acoplado magnéticamente. Mismo largo en todos los tamaños facilita la sustitución. múltiples opciones de comunicación permiten integrarlo en sistemas de control existentes.

Rotámetro en Plástico:

 

Los medidores/detectores de caudal se intercalan en un tramo vertical de la tubería donde el liquido suba,y permiten visualizar el caudal por el desplazamiento de un pequeño flotador sobre una escala graduada. Es uno de los sistemas mas económicos además de preciso para medir en pequeños diámetros. Se les puede incorporar un interruptor que actúa al alcanzar el caudal un nivel prefijado.


 

Rotámetro en acrilico:

 

Los medidores/detectores de caudal  pensados para instalar directamente en paneles de control se intercalan en un tramo vertical de la tubería donde el liquido suba, y permiten visualizar el caudal por el desplazamiento de un pequeño flotador sobre una escala graduada. Es uno de los sistemas mas económicos además de preciso para medir en pequeños diámetros.

 

 

 

 

Medidores  Ultrasónicos

 

Hoy en día la medición de caudal en la mayoría de aplicaciones donde las tuberías van llenas se ha convertido en una aplicación bastante sencilla de resolver. Las dificultades empiezan cuando las tuberías son de grandes dimensiones, tienen formas irregulares y están parcialmente llenas. Con el desarrollo de la correlación ultrasónica para la medición de caudal en canales abiertos o tuberías semi llenas consigue una solución exacta y económica para resolver este tipo de aplicaciones.

 

Principio de funcionamiento

 

El caudal Q no puede ser medido directamente. Dicho caudal es calculado usando la ecuación:

 

Q = A * V

 

Donde:

A = Área Mojada

V = Velocidad Media

 

 

Área Mojada

 

El área mojada A, dependerá del perfil del canal o tubería y de la profundidad del caudal de líquido. En tuberías llenas, por ejemplo tuberías a presión, el área mojada es siempre la misma y por lo tanto constante. En el caso de tuberías semi llenas, la profundidad del caudal deberá ser determinada por un sensor de nivel integrado o externo. Este valor junto con el perfil de la sección permitirá calcular el área mojada.

 

 

 

Medición de la velocidad por Correlación Ultrasónica

 

 

Un transductor ultrasónico transmite pulsos ultrasónicos cortos (o pulsos código) en el medio a medir. Las partículas o burbujas del medio reflejarán estos pulsos. Dicho sensor cambia al modo de recepción poco después de haber enviado un pulso y recibe el eco del ultrasonido como una característica del perfil de velocidades del caudal. Éste es digitalizado y guardado como el 1er escaneado del perfil de ecos (1. Scan).

 

           

 

 

 

Entre 0,5 y 4 milisegundos después, otro pulso ultrasónico es transmitido y el eco producido por las mismas partículas, que se han desplazado, vuelve a ser digitalizado y guardado. Éste sería el 2º escaneado del perfil de ecos (2. Scan).

 

Con los pulsos ultrasónicos emitidos en cada escaneado (1. Scan, 2. Scan, etc.) se determina la posición de las partículas y usando la diferencia del tiempo de vuelo de los ultrasonidos entre el 1er Scan y el 2º Scan, podremos calcular en el tiempo la variación de la posición de las partículas en la sección transversal del caudal.

 

 

 

 

El perfil de velocidades será estudiado en 16 ventanas diferentes usando la correlación transversal. Dicha correlación transversal permitirá determinar las diferencias entre el perfil característico del 2° escaneado ( 2. Scan) en relación con el primer escaneado  (1. Scan).

 

Estas diferencias temporales entre los perfiles podrán convertirse directamente en velocidad, ya que, como hemos apuntado anteriormente, están relacionadas con las variaciones de posición de las partículas en el tiempo.

 

 

Este proceso será repetido entre 250 y 2000 veces por segundo calculando para 16 puntos situados a distancias diferentes sus velocidades puntuales en tiempo real mediante un procesador digital (DSP) 24 bits/50 MHz muy potente.

 

De cada uno de estos 16 puntos obtendremos el vector de velocidad.

 

 

 

Mediante este método es posible obtener grandes exactitudes sin la necesidad de calibraciones adicionales usando otros métodos de calibración y corrección.

 

En las redes de distribución y suministro de aguas con canales de formas y tamaños complejos, los perfiles de velocidad pueden ser determinados usando 2 o 3 sensores en paralelo evaluando completamente el perfil de velocidades.

 

 

Montaje del sensor

 

La instalación del sensor es realmente sencilla. Existen sensores que integran tanto la medición de la profundidad como la de la velocidad y que pueden ser montados en la parte inferior de canales o tuberías de cualquier tipo, tamaño y forma. Además, existen sensores de inserción para montar en tuberías de acero o materiales sintéticos. Los costes de instalación son realmente bajos.