Problemas de viscosidad

Caudal (Q):

es la medida de velocidad de transferencia de Materia en términos de volumen. Es afectado por: temperatura, densidad, presión Y viscosidad.

Nociones básicas:

Velocidad del flujo:

se refiere a la rapidez y dirección de las Partículas del fluido.

Velocidad media:

es la velocidad media del patrón del fluido

Patrón de flujo:

se refiere a la forma como las partículas de Fluido se mueven en la tubería

Flujo laminar:

son partículas lentas que su movimiento se Puede expresar como lineal y en láminas. En las paredes la velocidad es 0 y en El centro es máxima.

Flujo turbulento:

son partículas rápidas cuyos movimientos son Aleatorios. La distribución se vuelve más aplanada.

Número de Reynolds:

relación entre las fuerzas dinámicas y las Fuerzas viscosas del fluido. Este valor adimensional permite saber qué fluido Es. Re<2000—– laminar; Re>4000—– turbulento.

Fricción:

El estar en contacto con la superficie de la tubería hace que el fluido Se frene por completo, estas moléculas van desacelerando las moléculas Sucesivas. Esto ocasiona: reducción de la velocidad y pérdida de la presión.

Ecuación de continuidad:

el caudal no varía dentro de la misma tubería Por la conservación de la masa, pero si Q= Vel*Área, al cambiar el área la Velocidad cambia a la inversa.

Teorema de Bernoulli:

existen 3 tipos de energía que posee el Fluido: cinética (velocidad), potencia (altura) y presión.

Para una restricción las alturas al ser iguales Se anulan. Por esta restricción se generarán cambios en la presión y la velocidad, Esta última se puede poner en función del caudal.

Tipos de medidores:

según el principio:

·Presión Diferencial DP              De Desplazamiento positivo                  De área variable

·Volumétricos                             De flujo másico

1. Medidor de presión diferencial:

1.A Placa orificio:

·Se instala Dentro de la tubería             Placa Circular u ovalada                      Acero Inoxidable

·Varios Diámetros a partir de 1/8”        Pérdidas De presión de 20 a 40%

Tipos de medidores de presión diferencial:

Concéntrico:

para líquidos de baja viscosidad, gases o Vapor de baja velocidad.

Excéntrico y segmental:

para fluidos con material de suspensión o Condensado de vapor

1.B Tubo de ventouri:

se genera el mismo fenómeno que la placa orificio Pero con una reducción progresiva hasta la garganta.

1.C Tobera: Es un simple estrechamiento en la tubería

·Variación Del tubo ventouri                                                Restricción elíptica

·Apropiada Para fluidos muy turbulentos (Re>50000)

·Caída de Presión (mayor que en ventouri pero menor que en placa orificio) Placa >Tobera>Ventouri

1.D Tubo de pilot:

es un tubo dentro de la tubería que permite Generar una columna de fluido a causa de la fuerza dentro de la tubería.

·Miden a la Vez la presión estática y la dinámica (de impacto).

·Se reduce La caída de presión

·Se usa Principalmente para gases debido a las obstrucciones en los líquidos

1.E Medidor de impacto:

·Se mide la Fuerza de impacto que es proporcional al diferencial de presión

·Se usa en Fluidos sucios con bajo Reynolds

·Usa un Disco sólido perpendicular al fluido

·La barra Conectada al disco se conecta a un transmisor eléctrico o neumático

Ventajas de los medidores de presión Diferencial:

·No tienen Partes móviles                     Amplio rango de tamaños        Funciona con gases y líquidos

·Son el Estándar industrial de facto     No Necesita calibración             Simples

Desventajas de los medidores de presión Diferencial:

·Relación No lineal entre la presión y el Q                     No son altamente exactos

·Ocasionan Cierta pérdida de presión                            Los afecta la Viscosidad

·Instalación Costosa

2. Medidores de desplazamiento positivo:

operan atrapando un volumen unitario conocido Del fluido desplazándolo desde la entrada a la salida del sensor. Al contar el Número “n” de volúMenes desplazados por unidad de tiempo se conoce el caudal.

               Se conocen también como Contadores cuando operan independientemente del tiempo transcurrido.

·Separan corriente En segmentos de igual volumen

·El volumen Se transforma en cavidades alternas

·Las partes Se mueven gracias a la energía del fluido

·Pueden Totalizar el flujo en un intervalo                       Señal out puede ser un Tren de pulsos

·Requieren Filtros aguas arriba                                         No Adecuados con presencia de burbujas

2.A Disco oscilante:

se trata de una cámara con un disco que oscila Al girar, esta rotación es proporcional al caudal. Gracias al acople magnético Se puede generar una señal.

               Se usa en agua y/o líquidos que No necesitan mucha precisión.

2.B Engranaje oval:

 usa 2 Engranajes ovalados que rotan por efecto del flujo. El caudal se sabe porque Por revolución pasa una cantidad fija de fluido. Además, el flujo es Proporcional a la velocidad de rotación.

               Se usa con fluidos viscosos, Aceites, grasas y/o líquidos con sólidos en suspensión.

Ventajas de los medidores de desplazamiento Positivo:

·Buena Exactitud                                    Buena repetibilidad                        Apto para alta Viscosidad

·Medida Local y por transmisión          No Requiere alimentación eléctrica

Desventajas de los medidores de desplazamiento Positivo:

·Costoso                                                                     Alta pérdida de carga hidráulica

·No apto Para fluidos abrasivos o sucios             Partes expuestas a bloquearse

·Limitan el Caudal que puede pasar

3. Medidor de área variable: Rotámetro

               Se usa un dispositivo que al Restringir el paso cause una pérdida de presión ctte sin importar la cantidad De fluido. Se adapta.

4. Medidor volumétrico:

·Miden en Realidad la velocidad del fluido                      Se calibran en unidades De flujo

·Se basa en Q= área*velocidad                                         Son Lineales

4.A De turbina:

Se añade una turbina en una sección de la Tubería, el rotor girará proporcionalmente a la velocidad del fluido. Se Motorizan con la luz, láser o magnéticamente las aspas. Se generan pulsos Eléctricos tal que la frecuencia es proporcional a la velocidad y el número de Pulsos es proporcional a la cantidad de flujo.

               Se usa en fluidos limpios y de Baja viscosidad y posee un rnago de 0,001 a 40000 galones por minuto (GPM).

               Requieren tramos de tubería Recta. 10D—– agua arriba; 5D—— agua abajo

Ventajas del medidor volumétrico de turbina:

·Buena Exactitud                                             Fácil Instalación y mantenimiento

·Señal de Salida para totalizar                       Disponible para tasas bajas de flujo

Desventajas del medidor volumétrico de turbina:

·Sensible a Los cambios de viscosidad                          Requiere tramo de Tubería recta

·Sólo para Líquidos y gases limpios

4.B Electromagnético:

utiliza la ley de Faraday donde si un conductor Se mueve a una velocidad en un campo magnético se induce una FEM. En este caso El conductor sería el fluido dentro de la tubería, este al moverse actúa como Un conductor en movimiento; el circuito se culmina al poner electrodos en Extremos opuestos y éstos a un medidor.
Al añadir un imán en dicho segmento el Caudal es lo que le da la FEM.

4.C Ultrasónico:

se emite una onda a favor y otra en contra del Fluido, este perturba dichas ondas; según el flujo, la perturbación varía. Para Captar esto se lee el diferencial de tiempo en segundos y con él se obtiene la Velocidad.

Efecto Doppler:

 cambio De frecuencia de una señal relativa al movimiento. Ejemplo, el pasar de una Ambulancia. Cuando la fuente se acerca aumenta la frecuencia y la longitud de La onda baja, mientras que cuando la fuente se aleja baja la frecuencia y la Longitud de onda sube.

Llevado a los medidores, el emisor manda las Ondas a frecuencia ctte. Estas ondas son reflejadas por partículas o burbujas En el líquido. El fluido al moverse con esto hace que la frecuencia emita Distinta a la frecuencia recibida, con este diferencial de frecuencia se puede Saber la velocidad.

4.D Vortex o torbellino:

utiliza el efecto Von Karman donde al añadir un Obstáculo en el paso del fluido se generan remolinos. Con el número de Remolinos se puede aproximar la velocidad.

Composición del medidor:

oElemento Que genera los remolinos

oDetector Que convierte los vórtices a una señal eléctrica

oAmplificador Para enviar la señal

5. Medidor de flujo másico:

se generaron por la necesidad de saber con Exactitud la masa a la hora de una trasferencia. Para esto lo más común es Aprovechar el efecto Coriolis.

Efecto Coriolis:

efecto que se da si el sistema de referencia se Encuentra en rotación que ocasiona la curvatura de la trayectoria en ese Sistema de un elemento externo a él.

Al pasar fluido por una manguera en un sistema vibratorio esta se ve Alterada. Para aprovechar el efecto Coriolis se colocan medidores de frecuencia En la entrada y salida de la manguera. Como esta de por si tiene su frecuencia Conocida, este cambio de frecuencia permite conocer la masa que está pasando. Los medidores de frecuencia envían una señal eléctrica.

               Otra manera de medir el flujo Másico es con transferencia de calor. Según el diferencial de temperatura que Tenga entre la entrada y la salida, se puede saber cuál es el flujo másico que Pasa por la tubería. A mayor flujo másico, más potencia se disipa por ello con La potencia del filamento.

Ventajas del medidor de flujo másico:

·Buena Exactitud y amplio rango de medida

·Lectura Directamente en unidades de masa

·Costo de Mantenimiento bajo

·Lineales

Desventajas del medidor de flujo másico:

·Costosos

·Pérdida de Carga media

·Generalmente No puede usarse en gases (poca masa)

·Costosa Instalación

·No e puede Utilizar en tuberías de gran tamaño

Seleccionar el sensor adecuado:

1. Identificar las Carácterísticas del caudal que se busca medir (magnitudes esperadas, tipo de Flujo, etc)

2. Determinar los Requerimientos del dueño del sistema (tipo de medición deseada, sistema de Control, etc)

3. Selección del tipo de sensor. Valoración de Las tecnologías disponibles, selección de fabricantes, valoración económica, Operativa y técnica.