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Teoria

La elección de un medidor de flujo es afectada por la exactitud requerida, el intervalo de medición, el costo, la complicacion, la facilidad de lectura o reduccion de datos, asi como por la vida de servicio. Debe elegirse el dispositivo mas simple y barato que brinde la exactitud deseada.
 

Para medir caudales, existen varios tipos de dispositivos. Los mas simples son los que proporcionan metodos directos para medicion de caudales. Un metodo de este tipo consiste en llenar una "taza" o recipiento con un volumen de agua durante un tiempo conocido y luego se puede conocer el caudal.  Este metodo es util en cuanto a la exactitud, cuando se trabaja con fluidos incompresibles en reginem estable ( laminar) y se debe disponer de un periodo largo de tiempo para proporcionar una buena medicion. Además tienen la ventaja de que no nesecitan ser calibrados.

Pero cuando trabajamos con fluidos compresibles como gases, al tener densidades muy pequeñas la medicion no se vuelve confiable. Sin embargo se pueden  crear ciertos dis`positivos que vuelven confaibels las medicones, pero son de usos como por ejemplo medir el flujo de gas de una casa particular.

Para solucionar este problema, y problemas como por ejemplo medir caudales que no son laminares, se usan los medidores de flujo internos, entre los que se cuentan el tubo Venturi, las placas orificios, las toberas de flujo, los rotámetros, los medidores de flujo de turbina, etc.

Hay ciertas restricciones que cumplen los medidores de flujo interno, y es que estos se basan en la aceleración de una corriente de fluido a traves de una vena contracta o alguna forma de tobera.

Pero que es lo que se quiere lograr con esto?. Vemoslo desde el pto de vista de teoria de flujos: cuando las lineas de flujo de un fluido se juntan, por conservacion de masa, el caudal debe mantenerse constante, por lo que aumenta la velocidad y disminuye la presión ( por conservación de energía). La idea entonces es lograr juntar las lineas de corriente lo mas que se pueda, de manera que se logren lineas de flujo paralelamente rectas y por lo tanto la caida de presion es constante a lo largo de estas lineas de corriente. De esta manera, podemos utilizar la ecucacion de Bernoulli entre los ptos justo antes de entrar a la tobera y justo despues, obteniendo asi una caida de presion Diferencial y, apartir de esta podemos obtener una relacion para el caudal masico que queremos medir. Pero dependiendo tambien de la forma de la tobera, por ejemplo si se trata de una placa orificio, se debe considerar que a la salida de ésta se forman remolinos que quitan energia al flujo, y por lo tanto no se puede ocupar la ecuacion de Bernoulli. No obstante, se puede ajustar la relación que se obtiene para el caudal másico teórico, para obtener una relacion para el caudal masico actual ( el real) que esta pasando por la tobera.

En ecuaciones, lo dicho anteriormente se resume en lo sieguiente ayudado del esquema de la figura :

 

Las ecuaciones que utilizamos entre las secciones 1(entrada a la tobera) y 2( salida a la tobera) son

      (Ec1)(Conservación de masa)

 

(Ec.2)(Ecuación de Bernoulli) 

Luego, como la ecuación es válida para cualquier línea de corriente entre las secciones 1 y 2 de la superficie de control elegida y como además se conserva la masa, entonces el diferencial de presion queda calculado como:

p1 – p2 = (rV22 /2) [1-(A2/A1)2] (EC. 3)

Luego la velocidad del fluido en la seccion 2 es

V2 = Ö 2(p1 – p2)A2 /(r[1 -(A2/A1)2]) ( EC. 4)

De esa manera, podemor obtener una expresion para el caudal masico que queremos calcular :

(dm/dt)teorica = rV2A2 = rQ = A2 /Ö ( 1 -(A2/A1)2) Ö 2r(p1 – p2) (EC. 5)

Se usó la palabra "teórica" para recordar que en realidad se pierde energia al formarse  vórtices a a la salida de la tobera.

Lo que en realidad ocurre es que: al formarse estos " remolinos", no toda la masa pasa realmente a traves de la tobera  tambien no se conoce el flujo real que pasa a traves de la seccion 2 cuando la vena contracta( de ancho Dt ) es muy pequeña, las lineas de flujo se vuelven paralelas solo a numeros de Reynolds muy grandes o sea que además, los efectos del roce viscoso toman gran relevancia. Por lo tanto afecta la posicion del barometro que hay que ubicar en la seccion 2.

Asi, debemos introducir un factor de perdida de carga o coeficiente de desdcarga  definido como

C= Flujo másico real / Flujo masico teorico

Y luego la EC 5 puede ser escrita

(dm/dt)actual  = rQ = CAt /Ö( 1 -b 4) Ö 2r(p1 – p2)

con b =Dt/D1.

O bien, mucho mejor

(dm/dt)actual  = r Q =KÖ (p1 – p2) = K`Ö DP

Mas adelante se trabajara con  Q = KÖ DP, que resulta mas util para la expermentacion

La idea, entonces, es determinar el valor de K de manera empirica que permita conocer el caudal, conociendo la diferencia de presiones medidas.

A continuacion, se presentan los medidores mas conocidos , que son los de placa orificio, de tobera de flujo y el tubo venturi. Además se presentan valores experimentales para C determinados por fabricantes de estos medidores.

 

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