Medidores de presión diferencial
Los elementos de medida de flujo por presión diferencial, universalmente utilizados en
la medida del flujo de los fluidos, se basan en el teorema universal de la hidrodinámica
(teorema de Bernoulli).
P1 + pgh1 + pv1² = P2 + pgh2 + pv2²
2
2
La expresión general que relaciona el flujo de los fluidos incompresibles “q” con la
presión diferencial queda de la siguiente forma:
q = K
(P1 – P2)
Donde:
q : Flujo de los fluidos
k : Coeficiente de gasto
P1 : Presión 1
P2 : Presión 2
A pesar del gran avance teórico en este aspecto, es tal la complejidad de los fenómenos
en cuestión que, para calcular los elementos de presión diferencial, se recurre a datos
experimentales y a tablas determinadas empíricamente. Solo así se consigue una
precisión aceptable.
Los elementos de presión diferencial son restricciones o constricciones de diversos
tipos insertados en la tubería donde circula el fluido que se quiere medir. La caída de
presión que ocurre en la restricción es una medida del caudal.
De los diversos tipos de restricciones, las mas usadas son:
a)
Orificios
b)
Tubos Venturi
c)
Tubos Dall
Orificios:
Este es el tipo de restricción más usado. Tiene la forma de una placa circular, insertada
en la tubería entre dos bridas, en la cual se hace un orificio con las dimensiones que
indique el calculo. El material del orificio debe resistir la corrosión química y mecánica
del fluido. Se usan mucho los diversos tipos de acero inoxidable.
Tubos Venturi:
Son restricciones más elaboradas que el orificio. El tubo de Venturi permite mayor
precisión que el orificio, además, se recupera en gran parte la caída de presión. Otra de
las ventajas es de que tenemos mayor constancia en las indicaciones a lo largo del
tiempo, es decir, existe mayor repetibilidad.
El Tubo de Venturi es particularmente recomendable para líquidos con sólidos en
suspensión. La única desventaja del Tubo de Venturi es el costo elevado.
Tubo Dall:
Este tubo produce perdida permanente de presión de cerca del 15% y es mas barato que
el Tubo Venturi.
Medidores rotativos (contadores y turbinas)
Se utilizan contadores de modelos varios, (pistones oscilantes, disco de mutación,
rotores de dientes engranados, contadores de gas, etc.) cuando se requiere medir
cantidades de fluido con buena precisión (desde 0.1 a 1%). Los contadores domésticos de
gas y agua son de este tipo.
Los medidores de gasto de tipo turbina permiten presiones mas altas de las que
permiten los orificio y tubos de Venturi en la medida del flujo en líquidos. Físicamente,
los medidores de turbina son de dimensiones muy pequeñas cuando se les compara con
otros tipos de elementos primarios. El órgano principal lo constituye un turbina que mide
la velocidad media del liquido.
En una bobina montada en el fondo interno del medidor, cuyo núcleo es un imán
permanente, se inducen impulsos al paso de cada una de las paletas de la turbina. Estos
impulsos son amplificados y transformados en impulsos rectangulares. Un contador
electrónico de impulsos permite indicaciones digitales del flujo y de la cantidad de
liquido. La precisión de los medidores de turbina es normalmente mejor que 0.5% en una
amplia gama de medidas.
Medidores electromagnéticos de flujo
Los medidores de este tipo son los únicos que no presentan obstrucción al paso del
liquido. La perdida de carga que introducen es igual a la de una tubería libre con el
mismo tamaño. Por ese motivo son los elementos primarios ideales para la medida de
flujos en líquidos viscosos o con sólidos en suspensión. La única condición será que el
liquido tenga una conductividad eléctrica por encima de un mínimo establecido.
El funcionamiento de estos medidores se basa en el fenómeno de la inducción
electromagnética. Un conductor eléctrico que se mueve con velocidad
perpendicularmente a un campo magnético de inducción, es el asiento de una fuerza
electromotriz, dada por la relación:
e = (B)( l)(v)
Donde: e : Fuerza electromotriz
B : Campo magnético de inducción
l : Longitud del conductor
v : Velocidad perpendicular
La fuerza electromotriz inducida, que es proporcional al flujo del liquido, será
amplificada por un amplificador electrónico. Una de las dificultades de esta medida
reside en el bajo valor de la f.e.m. (milivolts), y de la aparición de diversas partes del
circuito, de f.e.m. inducidas por los campos magnéticos existentes en los medios
fabriles.
Otra dificultad se relaciona con las variaciones de tensión de la red, las que originan
variaciones de la inducción magnética. Las variaciones en la conductividad del liquido
pueden también introducir errores.
Resulta muy útil en la medida del flujo en líquidos con sólidos en suspensión, pastosos o
corrosivos. Existen actualmente elementos primarios electromagnéticos cuyos electrodos
no tienen contacto ohmico (resistencia) con el liquido, sino solamente capacitivo.
Medidores de Vórtice
Es un elemento primario de flujo que ofrece precisión superior a la de los orificios, no
tiene piezas móviles y opera con una amplia banda de gastos. Las variaciones de presión
y de temperatura no afectan las medidas.
Al no tener partes mecánicas su confiabilidad es alta. El instrumento se basa en la
detección del paso de vórtices formados por un obstáculo ( elemento generador de
vórtices), intercalado en el paso del fluido.
Los vórtices son pequeños remolinos en zonas localizadas. El elemento generador de
vórtices atraviesa diagonalmente la tubería de medida y divide el flujo a la mitad.
Los vórtices se forman alternadamente en cada una de las dos mitades. La geometría y
el perfil del elemento generador se determinan a fin de obtener las siguientes
características de los vortices:
Estabilidad
Número de vórtices proporcional al gasto
El número de vórtices proporcional al gasto dentro de una amplia gama de medidas. Por
tanto existe relación lineal entre el flujo y el número de vórtices en un intervalo fijo de
tiempo.
Siempre que se produce un vórtice, se produce una presión diferencial entre los lados
superior e inferior del elemento generador. La sucesión de impulsos de presión se
detecta por un elemento sensible insertado en el interior del elemento generador. El
ritmo de los impulsos enviados por el detector es proporcional al número de vórtices y
proporcional, por tanto, al gasto.
Este instrumento es utilizado con mucho éxito en aplicaciones comunes que usaban
orificios y en la medida de gastos de líquidos con sólidos en suspensión o corrosivos.
Medidores ultrasónicos de flujo
Un haz estrecho de ondas sonoras (en la banda acústica o la ultrasónica) lanzada a
través de un fluido en movimiento sufre un efecto de arrastre. El medidor ultrasónico de
flujo aprovecha este efecto.
En su forma mas sencilla, esta constituido por un transductor transmisor de ultra sonido
(TT) y por un transductor receptor (TR).
La onda ultrasónica, enviada en impulsos, atraviesa dos veces el fluido al reflejarse en
la pared opuesta, Como la onda es arrastrada por el movimiento del liquido, el recorrido
total, y por lo tanto, la atenuación de la onda depende de la velocidad del fluido.
Este tipo de medidor aun en su fase inicial, tiene una precisión mejor que la de la placa
de orificio y no presenta ninguna obstrucción, como ocurre con el medidor
electromagnético. Sirve pues para líquidos viscosos pastosos o peligrosos ( de alta
presión, corrosivos, radioactivos).
Necesita de una corrección automática de temperatura por medio de un termistor
porque la velocidad del sonido se altera en función de la temperatura presente en el
cuerpo.
Transmisión de Señales
La definición clásica de transmisor nos dice que es un instrumento que capta la variable
en proceso y la transmite a distancia a un instrumento indicador o controlador; pero en
realidades eso y mucho más, la función primordial de este dispositivo es tomar cualquier
señal para convertirla en una señal estándar adecuada para el instrumento receptor, es
así como un transmisor capta señales tanto de un sensor como de un transductor,
aclarando siempre que todo transmisor es transductor más no un transductor puede ser
un transmisor; como ya sabemos las señales estándar pueden ser neumáticas cuyos
valores están entre 3 y 15 Psi, las electrónicas que son de 4 a 20 mA o de 0 a 5 voltios
Transmisión de datos analógicos y digitales
TRANSMISIÓN ANALOGICA
Los datos analógicos toman valores continuos
Una señal analógica es una señal continua que se propaga por ciertos medios .
La transmisión analógica es una forma de transmitir señales analógicas ( que
pueden contener datos analógicos o datos digitales ). El problema de la
transmisión analógica es que la señal se debilita con la distancia , por lo que hay
que utilizar amplificadores de señal cada cierta distancia .
TRANSMISIÓN DIGITAL
los digitales toman valores discretos valores discretos
Los datos digitales se suelen representar por una serie de pulsos de tensión que
representan los valores binarios de la señal .
La transmisión digital tiene el problema de que la señal se atenúa y distorsiona
con la distancia , por lo que cada cierta distancia hay que introducir repetidores
de señal .
Últimamente se utiliza mucho la transmisión digital debido a que :
La tecnología digital se ha abaratado mucho .
Al usar repetidores en vez de amplificadores , el ruido y otras distorsiones no es
acumulativo .
La utilización de banda ancha es más aprovechada por la tecnología digital .
Los datos transportados se pueden encriptar y por tanto hay más seguridad en la
información .
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