Medición de flujo y herramientas utilizadas.

1. República Bolivariana de Venezuela.
Ministerio del Poder Popular Para la Educación Superior.
I.U.P “Santiago Mariño”
Carrera: Ingeniería en Mantenimiento Mecánico
Cátedra: Instrumentación Industrial
Sección: S.
Integrantes:
Miguel Chávez C.I. 20.148.088
Maracaibo, 18 de Agosto de 2016

2. ESQUEMA
1. Definir.
a) Flujo de fluidos.
b) Tuberías
c) Placa orificio
d) Venturi
e) Toberas
2. Clasificar tipos de fluidos.
3. Identificar las unidades de medición de fluidos.
4. Identificar los instrumentos de medición de fluidos.
5. Breve descripción de como se maneja los instrumentos de medición de flujo.
6. Importancia de la medición de flujo.

3. DESARROLLO
1. Definir.
a) Flujo de fluidos.
El flujo de fluidos es el estudio que mas se presenta en la practica de ingeniería. En este tipo de flujo
las partículas del fluido se mueven en trayectorias lineales continuas es decir, en trayectorias muy
regulares sin seguir un orden establecido, ocasionando la transferencia de cantidad de movimiento de
una porción de fluido a otra, de modo similar a la transferencia de cantidad de movimiento molecular
pero a una escala mayor. Los fluidos se clasifican en líquidos y gases. Las fuerzas intermoleculares son
mayores en los primeros, por lo que al variar la presión o la temperatura los gases cambian fácilmente
su volumen. La compresibilidad puede usarse para distinguir los líquidos de los gases; los gases son
mucho más compresibles que los líquidos.
b) Tuberías.
Una tubería es un conducto de sección circular que cumple la función de transportar agua u
otros fluidos. Se suele elaborar con materiales muy diversos como poliéster reforzado con fibra de
vidrio, hierro fundido, acero, latón, cobre, plomo, hormigón, polipropileno, pvc, termoplástico y
polietileno de alta densidad. También sirven para transportar materiales que si bien no son propiamente
un fluido, se adecuan a este sistema: hormigón, cemento, cereales, documentos encapsulados, entre
otros.

4. c) Placa orificio.
Una placa orificio es una restricción con una abertura más pequeña que el diámetro de la cañería en la
que está inserta. La placa orificio típica presenta un orificio concéntrico, de bordes agudos. Debido a la
menor sección, la velocidad del fluido aumenta, causando la correspondiente disminución de la presión. El
caudal puede calcularse a partir de la medición de la caída de presión en la placa orificio, P3-P1. Es el
sensor de caudal más comúnmente utilizado, pero presenta una presión no recuperable muy grande,
debido a la turbulencia alrededor de la placa, ocasionando un alto consumo de energía.
d) Venturi.
El venturi es un tubo de precisión con una especial forma, muy caro pero ofrece una gran exactitud y
causa una pérdida de presión de sólo 10-15% de la diferencia de presión (P1-P2). El tubo Venturi es similar
a la placa orificio, pero está diseñado para eliminar la separación de capas próximas a los bordes y por lo
tanto producir arrastre. El cambio en la sección transversal produce un cambio de presión entre la sección
convergente y la garganta, permitiendo conocer el caudal a partir de esta caída de presión. Aunque es más
caro que una placa orificio, el tubo Venturi tiene una caída de presión no recuperable mucho menor.
e) Toberas.
La tobera consiste en una entrada de forma cónica y restringida mientras que la salida es una expansión
abrupta. En este caso la toma de alta presión se ubica en la tubería a 1 diámetro de la entrada aguas arriba
y la toma de baja presión se ubica en la tubería al final de la garganta. Convierte la energía térmica y de
presión de un fluido (conocida como entalpía) en energía cinética. Como tal, es utilizado
en turbomáquinas y otras máquinas, como inyectores, surtidores, propulsión a chorro, entre otros. El fluido
sufre un aumento de velocidad a medida que la sección de la tobera va disminuyendo, por lo que sufre
también una disminución de presión y temperatura al conservarse la energía. Existen diseños y tipos de
tobera muy usados en diferentes campos de la ingeniería.

5. 2. Clasificar tipos de fluidos.
Para el fluido en movimiento es de vital importancia y conocer las propiedades que lo rigen, es fundamental
primero que todo tener claro el concepto de fluido. Cuando se observa algo que tiene la habilidad de moverse
en un ambiente sin conservar su forma original, hablamos de un fluido. Más precisamente, es un estado de la
materia con un volumen indefinido, debido a la mínima cohesión que existe entre sus moléculas.
Los fluidos, como todos los materiales, tienen propiedades físicas que permiten caracterizar y cuantificar su
comportamiento así como distinguirlos de otros. Algunas de estas propiedades son exclusivas de los fluidos y
otras son típicas de todas las sustancias. Propiedades como la viscosidad, tensión superficial y presión de
vapor solo se pueden definir en los líquidos y gases. Sin embargo la masa específica, el peso específico y la
densidad son atributos de cualquier materia.
Fluido newtoniano: Un fluido newtoniano es un fluido cuya viscosidad puede considerarse constante en el
tiempo. La curva que muestra la relación entre el esfuerzo o cizalla contra su tasa de deformación es lineal y
pasa por el origen. El mejor ejemplo de este tipo de fluidos es el agua en contraposición al pegamento, la miel
o los geles que son ejemplos de fluido no newtoniano. Un buen número de fluidos comunes se comportan
como fluidos newtonianos bajo condiciones normales de presión y temperatura: el aire, el agua, la gasolina, el
vino y algunos aceites minerales.
Fluido no newtoniano: Es aquél cuya viscosidad varía con la temperatura y presión, pero no con la variación
de la velocidad. Estos fluidos se pueden caracterizar mejor mediante otras propiedades que tienen que ver
con la relación entre el esfuerzo y los tensores de esfuerzos bajo diferentes condiciones de flujo, tales como
condiciones de esfuerzo cortante oscilatorio.
Superfluido: Es un estado de la materia caracterizado por la ausencia total de viscosidad (lo cual lo
diferencia de una sustancia muy fluida, la cual tendría una viscosidad próxima a cero, pero no exactamente
igual a cero), de manera que, en un circuito cerrado, fluiría interminablemente sin fricción.

6. Fluidos ideales: Los fluidos ideales se clasifican en: compresibles e incompresibles. En estos últimos
se asume la densidad constante o con pequeñas variaciones. Esta suposición nos limita a los fluidos de
líquidos y gases, con pequeñas variaciones de presión y temperatura. En los gases, el flujo a alta
velocidad se asocia con grandes variaciones de presión, temperatura y densidad, pero estas
variaciones son pequeñas en flujos a baja velocidad, los cuales pueden ser estudiados como fluidos
incompresibles ideales con bastante aproximación.
Flujo de una dimensión: Flujo de una dimensión se refiere al desplazamiento a lo largo de una línea
de corriente de flujo individual, la cual posee solamente una dimensión. En estos, la variación de
presión y velocidad ocurre a lo largo de la línea de corriente.
Flujo de dos y tres dimensiones: Flujos de dos y tres dimensiones son campos de velocidades de
flujo. En el primero, el flujo es definido por las líneas de corrientes en un plano sencillo, mientras que el
segundo está en el espacio.

7. 3. Identificar las unidades de medición de fluidos.
- Placa de orificio. (Volumen)
- Boquilla de flujo. (Flujo de vapor)
- Venturi. (Perdida de presión de solo 10 al 15%, no es afectada por partículas solidas o
burbujas de fluidos)
- Tubo Dall. (Perdida permanente de presión del 5%)

8. - Tubo pilot. (Medidas temporales y permanentes de flujo)
El flujo de fluidos pueden ser expresado de tres formas: flujo volumétrico, flujo másico y velocidad de
flujo. Flujo volumétrico (Q) indica el volumen de un fluido en movimiento que pasa por un punto en una
unidad de tiempo. Flujo másico (Qm) está expresado en unidades de masa por unidad de tiempo. La
velocidad de un material se denomina velocidad de flujo (Qv). Estas tres cantidades están relacionadas
por:
Q = Flujo volumétrico y se expresa en metro cúbico por segundo ó en galones por minuto
Qm = Flujo másico = PQ y se expresa en kilogramo por segundo
Qv = Velocidad de flujo = Q/A y se expresa en metro por segundo
donde:
P = Densidad del fluido en kilogramo por metro cúbico
A = Área transversal de la tubería en metro cuadrado

9. 4. Identificar los instrumentos de medición de fluidos.
Los instrumentos más comunes usados para medir dicho flujo de volumen son los siguientes:
- Medidor de diferencia de presión.
- Medidor de área variable.
- Medidor de desplazamiento positivo.

10. - Medidor de flujo de turbina.
- Medidor de flujo electromagnético.
- Medidor de emisión de torbellinos.
- Medidor de ultrasonido.

11. 5. Breve descripción de como se maneja los instrumentos de medición de flujo.
- Medidor de diferencia de presión.
Los medidores de diferencia de presión incluyen la inserción de algún dispositivo en una tubería de
fluido la cual causa una obstrucción y crea una diferencia de presión entre ambos lados del dispositivo.
Tales medidores incluyen la placa de orificio, el tubo Venturi, la boquilla, la tubería Dall y el tubo Pilot.
Cuando se pone tal obstrucción en una tubería, la velocidad del fluido por la obstrucción aumenta y la
presión disminuye. La razón de flujo de volumen es proporcional a la raíz cuadrada de la diferencia de
presión a través de la obstrucción.Todas la aplicaciones de este método de medición de flujo asumen
que las condiciones del flujo aguas arriba del dispositivo de obstrucción están en estado estable, y una
cierta mínima longitud de tramo recto de la tubería por delante del punto de medida es necesario para
asegurar esto.
- Medidor de área variable.
El instrumento consiste en un tubo de cristal con un flotador que toma una posición estable donde su
peso sumergido es balanceado por el solevantamiento debido a la diferencia de presión en él. La
posición del flotador es una medida del área eficaz del paso del fluido, y con este, de la razón de flujo.
La exactitud del instrumento más barato es solo del –3%, la versión más cara puede llegar hasta –0.2%
de exactitud. El rango normal de medida está entre el 10 y el 100% de la escala total.
- Medidor de desplazamiento positivo.
Éste usa un pistón cilíndrico el cual es desplazado en una cámara también cilíndrica por el fluido. La
rotación del pistón se transmite a un eje de salida. Éste puede ser usado con una escala de indicación
para dar una salida visual o puede ser convertido en una señal eléctrica de salida. Los medidores de
desplazamiento positivo cuentan con cerca del 10% del número total de medidores de flujo utilizados
en la industria. Tales dispositivos son usados en gran número para medir consumiciones domésticas de
gas o agua. El instrumento más barato de este tipo tiene una exactitud de –1.5%.

12. - Medidor de flujo de turbina.
Consiste en un conjunto de paletas de hélice montadas a lo largo de un eje paralelo a la dirección del
fluido en la tubería. El flujo de fluido hace que estas paletas giren a un determinado ritmo, el cual es
proporcional al volumen de flujo que circula. Este ritmo de rotación es medido por la construcción de un
medidor tal que se comporta como un tacogenerador de reluctancia variable. Esto se consigue fabricando
las paletas de la turbina con un material ferromagnético y utilizando un imán permanente y una bobina
dentro del aparato de medida.
- Medidor de flujo electromagnético.
Consiste en tubo cilíndrico de acero inoxidable, atacado con una capa aislante, el cual transporta el
fluido a medir. Los materiales típicos de aislantes usados son neopreno, politetrafluoritileno (PTFE) y
poliuretano. Una capa magnética es creada en el tubo mediante la polarización de dos electrodos
insertados a ambos lados del tubo. Los extremos de estos electrodos están usualmente al mismo nivel
que la superficie interior del cilindro. Los electrodos están fabricados con un material que no es afectado
por la mayoría de los fluidos, como el acero inoxidable, aleación de platino e iridio, Hastelloy, titanio y
tántalo. En el caso de metales inusuales, como los de la lista, los electrodos se llevan la mayor parte del
coste del instrumento.
- Medidor de emisión de torbellinos.
El principio de operación del instrumento está basado en el fenómeno natural de la emisión de
torbellinos, creados por unos objetos no aerodinámicos (conocidos como objetos abruptos) dispuestos en
la tubería que conduce el fluido. Cuando el fluido circula, pasa por este obstáculo y produce movimientos
lentos del fluido en las superficies externas. Debido a que el objeto no es aerodinámico, el flujo no puede
seguir el contorno del cuerpo hacia aguas abajo, y las capas separadas se vuelven aisladas y hace que
giren en remolinos o torbellinos en la región de baja presión tras el obstáculo. La frecuencia de emisión de
estos torbellinos es proporcional a la velocidad con que el fluido pasa por el objeto.

13. - Medidor de ultrasonido.
Un requerimiento fundamental de estos instrumentos es la presencia de un elemento disipador dentro
del fluido, el cual desvía la energía ultrasónica de salida desde el transmisor tal que entra al receptor.
Estos pueden ser provistos de partículas sólidas, burbujas de gas o torbellinos en el flujo de fluido. Los
elementos de disipación causan que la frecuencia cambie entre la transmitida y la receptada, y la medida
de este cambio hace que podamos deducir la velocidad. El instrumento consiste esencialmente en un
emisor y receptor adosados en el exterior de la pared de la tubería. La energía ultrasónica consiste en un
tren de pequeños ráfagas de ondas senoidales a una frecuencia entre 0,5 y 20MHz.

14. 6. Importancia de la medición de flujo.
Las medición de flujo es muy importantes en todos los procesos industriales. La manera en la que la
razón de flujo se cuantifica depende de si la cantidad fluido es un sólido, líquido o gas. En el caso de
sólidos, es apropiado medir la razón de flujo de la masa, mientras que en el caso de líquidos y gases, se
mide el flujo normalmente en cuanto a razón de volumen. La razón de flujo de volumen es la forma
apropiada de cuantificar el flujo de los materiales gaseosos, líquidos o semi-líquidos; es decir cuando
partículas sólidas van suspendidas en un medio líquido. Los materiales en estas formas son conducidos
mediante tuberías.
La medición de flujo es un fenómeno común a la vida diaria. El estudio de su mecanismo es
esencialmente impulsado por entender la física involucrada, así como su control en diversas aplicaciones
de ingeniería. Es el eje más importante en cuanto a medición de variables industriales se refiere, ya que sin
mediciones de flujo, sería imposible el balance de materiales, el control de calidad y aún la operación de
procesos continuos. Existen muchos métodos para medir flujos, en la mayoría de los cuales, es
imprescindible el conocimiento de algunas características básicas de los fluidos para una buena selección
del mejor método a emplear. Estas características incluyen viscosidad, densidad, gravedad específica,
compresibilidad, temperatura y presión, las cuales no vamos a detallar aquí.
Básicamente, existen dos formas de medir el flujo: el caudal y el flujo total. El caudal es la cantidad de
fluido que pasa por un punto determinado en cualquier momento dado. El flujo total de la cantidad de fluido
por un punto determinado durante un periodo de tiempo específico. Veamos a continuación algunos de los
métodos empleados para medir caudal

15. MUCHAS GRACIAS…