Caudalmetro

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Caudalmetro volumtrico de agua. Un caudalmetro es un instrumento de medida para la medicin de caudal o gasto volumtrico de un fluido o para la medicin del gasto msico. Estos aparatos suelen colocarse en lnea con la tubera que transporta el fluido. Tambin suelen llamarse medidores de caudal, medidores de flujo o flujmetros. Existen versiones mecnicas y elctricas. Un ejemplo de caudalmetro elctrico lo podemos encontrar en los calentadores de agua de paso que lo utilizan para determinar el caudal que est circulando o en las lavadoras para llenar su tanque a diferentes niveles.

Caudalmetro para gas.

Contenido
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1 Tipos de caudalmetros o 1.1 Mecnicos visuales (de rea variable) (rotmetros) o 1.2 Mecnico de molino o 1.3 Electrnicos de molino o 1.4 Electrnicos de turbina o 1.5 Diferencial de presin o 1.6 V-CONE o 1.7 Magnticos o 1.8 Vortex o 1.9 Desplazamiento positivo o 1.10 Ultrasnicos o 1.11 Diferencial de temperatura o 1.12 Medidor de Coriolis 2 Consideraciones finales 3 Referencias

[editar] Tipos de caudalmetros

Caudalmetro visual.

[editar] Mecnicos visuales (de rea variable) (rotmetros)

Se trata de un cono transparente invertido con una bola plstica en su base. El fluido al circular impulsa la bola hacia arriba, a mayor caudal ms sube la bola. La gravedad hace bajar la bola al detenerse el flujo. El cono tiene unas marcas que indican el caudal. Generalmente empleado para medir gases en lugares donde se requiere conocer el caudal con poca precisin. Un ejemplo lo podemos ver en los hospitales, unidos de la llave del suministro de oxgeno. Una modificacin de este modelo permite medir la capacidad pulmonar de una persona que haya sufrido alguna lesin recogiendo una exhalacin a travs de un adaptador para los labios. A continuacin podemos ver dos caudalmetros para agua indicando los caudales.

[editar] Mecnico de molino

Consisten en un molino cuyas aspas estn transversales a la circulacin de fluido. El flujo hace girar el molino cuyo eje mueve un contador que acumula lecturas. Un ejemplo de este uso son los contadores de agua de las viviendas o los antiguos contadores de gas natural.

[editar] Electrnicos de molino

Sus partes mecnicas consisten en un molino con aspas transversales a la circulacin de flujo, el molino tiene en un extremo un imn permanente. Cuando este imn gira genera un campo magntico variable que es ledo por un sensor de efecto de campo magntico (Hall Effect Switch), despus el circuito electrnico lo convierte en pulsos que transmite a travs de un cable. Caudalmetro molino Animacin de operacin Tipo paleta Instalacin Tipo paleta

Caudalmetro electrnico de molino. En otra versin de este tipo de caudalmetro se instalan imanes en los extremos de las aspas. Al girar los imanes pasan cerca de un reed switch que cuenta los pulsos. La desventaja de este diseo est en la limitacin de las RPM que puede alcanzar a leer un reed switch. Tambin existe de tipo de caudalmetro de molino en versin transparente donde solo se requiera confirmar que existe circulacin sin importar el caudal.

[editar] Electrnicos de turbina

Una turbina colocada de frente al flujo, encapsulada en las paredes de un tubo, rota proporcionalmente al caudal. La turbina, fabricada con un compuesto de resina y polvo de alnico, genera un campo magntico que es ledo y codificado por un Hall-Effect switch.

[editar] Diferencial de presin

Tipo venturi Los ms comunes. La tubera disminuye su dimetro levemente (por ejemplo, con un plato de orificio) y despus regresa a su dimetro original. El fluido obligado a circular por esta reduccin disminuye su presin a la salida. La diferencia de presin de antes y

despus es medida de manera mecnica o electrnica. A mayor diferencia de presin mayor es el caudal. Existen otras variantes pero todas basadas en la diferencia de la lectura de presin antes y despus. Un ejemplo es el se observa en los motores de combustin interna a la entrada del aire del motor. Parmetro que necesitan las computadoras de los automviles para determinar que cantidad de aire est entrando al motor para logar una mezcla (aire-combustible) ideal.

[editar] V-CONE
El medidor de flujo de presin diferencial V-Cone es una tecnologa patentada de medicin de flujos con alta precisin, aplicable a gran variedad de fluidos, todo tipo de condiciones y un amplio intervalo de nmeros de Reynolds. Utiliza el mismo principio fsico que otros medidores de flujo de presin diferencial: el teorema de conservacin de la energa del flujo de fluidos a travs de una tubera. No obstante, las caractersticas de desempeo del V-Cone, muy notables, son el resultado de su exclusivo diseo, que incluye un cono central en el interior del tubo. El cono interacta con el flujo del fluido, modificando su perfil de velocidad para crear una regin de presin ms baja inmediatamente aguas abajo del cono. La diferencia entre la presin esttica de la lnea y la presin ms baja creada aguas abajo del cono se mide a travs de dos tomas piezosensibles. Una de las tomas se coloca inmediatamente aguas arriba del cono y la otra se coloca en la cara orientada aguas abajo. Despus, la diferencia de presin se puede incluir en una derivada de la ecuacin de Bernoulli para determinar el rgimen de flujo. La posicin central del cono en la lnea optimiza el perfil de velocidad del flujo en el punto donde se hace la medicin, asegurando mediciones de flujo altamente precisas y confiables, sin importar la condicin del flujo aguas arriba del medidor.

[editar] Magnticos
Estn basados en la ley de Faraday que enuncia que el voltaje inducido a travs de un conductor que se desplaza transversal a un campo magntico es proporcional a la velocidad del conductor. Aplicamos un campo magntico a una tubera y medimos su voltaje de extremo a extremo de la tubera. Este sistema es muy poco intrusivo pero solo funciona con lquidos que tengan algo de conductividad elctrica. Es de muy bajo mantenimiento ya que no tiene partes mviles.

[editar] Vortex

Vortex montado en una caera. Est basado en el principio de generacin de vrtices. Un cuerpo que atraviese un fluido generar vrtices flujo abajo. Estos vrtices se forman alternndose de un lado al otro causando diferencias de presin, esta son censadas por un cristal piezoelctrico. La velocidad de flujo es proporcional a la frecuencia de formacin de los vrtices. Son equipos de bajo mantenimiento y buena precisin.

[editar] Desplazamiento positivo

Separan el lquido en porciones que llenan un recipiente mientras se desplaza. Despus cada porcin es contada para medir el caudal. Existen muchas variantes de este sistema. De tornillo, de engranajes, pistones, etc

Interior de un equipo. Engranajes: consiste en dos engranajes encontrados que hacen un sello perfecto, el fluido debe circular entre los dos engranajes forzndolos a girar. Es movimiento se puede medir de forma electrnica o mecnica.

A la derecha podemos ver el interior de un caudalmetro que se usa para medir Fuel-Oil. Cada uno de los engranajes tiene un imn permanente que se usa para enviar informacin a la parte electrnica del equipo (se instala arriba mediante tornillos), y se detecta el paso del imn mediante un Hall-Effect switch. Pistones: el agua entra por el puerto A y comienza a desplazar el pistn amarillo mientras llena el espacio C. El agua que sigue entrado ahora llena el espacio B y sigue forzando al pistn amarillo a girar hasta que el agua que ocupaba el espacio C sale por el puerto D. Posteriormente el agua que ocupa el espacio B igualmente saldr por el puerto D al momento de comenzar otro ciclo. El agua entre los puertos de entrada y salida (A y D) est aislada por la barrera E. La oscilacin del pistn G (magntico) traza un crculo que rodea al eje F. Un medidor de campo colocado fuera del caudalmetro mide estas oscilaciones y las convierte el pulsos.

[editar] Ultrasnicos
Son alimentados elctricamente, y es posible encontrar dos tipos segn su principio de medicin: de Efecto Doppler y de Tiempo de Trnsito; este ltimo consiste en medir la diferencia entre el tiempo que le toma a dos seales atravesar una misma distancia, pero en sentido contrario utilizando como medio un fluido. Si el caudal del fluido es nulo, los tiempos sern iguales, pero cuando hay flujo los tiempos sern diferentes, ya que las velocidades de las seales sern afectadas por la del fluido cuyo caudal se desea determinar; esta diferencia de tiempo ms el conocimiento sobre la geometra de la caera y la velocidad del sonido en el medio permiten evaluar la velocidad del fluido o el caudal. Los de Tiempo de Trnsito son ms exactos que los de efecto efecto doppler, pero para obtener lecturas se requiere que los fluidos tengan un bajo porcentaje de impurezas; en caso contrario, los de efecto doppler son de utilidad y entregan una muy buena seal, ya que su principio de funcionamiento se basa en el cambio de frecuencia de la seal reflejada sobre algn elemento que se mueve con el fluido. La exactitud de estos sistemas de medicin es muy dependiente del cumplimiento de los supuestos de flujo laminar.

[editar] Diferencial de temperatura

Se colocan dos termistores y en el centro de ellos una pequea resistencia calentadora. Si ambos termistores leen la misma temperatura el fluido no est circulando. Segn aumenta el flujo uno de los termistores lee la temperatura inicial fluido mientras que el otro lee el fluido calentado. Con este sistema no solo se puede leer el caudal, sino que adems se sabe el sentido de circulacin. La ventaja de este tipo de caudalmetro es que se puede conocer la cantidad de masa del fluido que ha circulado y las variaciones de presin en el fluido; afectan poco a la medicin.

[editar] Medidor de Coriolis

Los medidores de Coriolis se basan en el principio de las fuerzas inerciales que son generadas cuando una partcula en un cuerpo rotatorio se mueve con respecto al cuerpo acercndose o alejndose del centro de rotacin. Si una partcula de masa dm se mueve con velocidad constante en un tubo T que esta rotando con una velocidad angular w con respecto a un punto fijo P adquiere 2 componentes de aceleracin Coriolis.

[editar] Consideraciones finales

La gran cantidad de teoras y modelos de caudalmetros que existen nos confirman que no hay una frmula ideal para medir caudal. La decisin final se debe tomar en base al caudal, viscosidad, temperatura, composicin qumica y presin del fluido que deseamos medir. Cada aplicacin tiene una caudalmetro que se adapta mejor a su necesidad. Los costos son tambin un factor a considerar, la confiabilidad, precisin y durabilidad son factores muy asociados al costo. No es lo mismo buscar un caudalmetro para un producto de consumo masivo como un calentador de agua, que buscar un caudalmetro para la medir la cantidad de sangre que est circulando por un bypass o un caudalmetro para medir la cantidad de vapor a presin que se desecha a una chimenea de una planta de energa de fisin nuclear.

[editar] Referencias

Liquid Flowmeters teoras y ejemplos. [1] Universal Vortex Flowmeters teora, recomendaciones y ejemplos. [2] M & C Industrial Thermal Mass Flowmeters teoras, principios, medicin y control. [3] Teoras de diseo. [4] Flujmetros Ultrasnicos y Tecnologa V-Cone [5] Introduction to Magnetic Flow Meters teora y ejemplos. [6] Fabricante de sistemas de medicin basados en medicon trmica [7] Fabricante de sistemas de caudalmetros y econmetro basados en gasoil y biodisel [8] Caudalmetros a engranajes ovales y Electromagnticos principios de funcionamiento y demostraciones digitales [9] Computadores de caudales [10]