Medidor de Velocidad
Tal como señala Bonifacio,los fluidos se clasifican en líquidos y gases y se definen según su comportamiento y no su composición1, y cumplen un rol esencial en la vida. Sus diversas funcionalidades los han llevado a formar parte fundamental en los procesos cotidianos, ya sean domésticos o industriales. Estos pueden intervenir tanto directamente en el proceso, como secundariamente formando parte del mecanismo en sí. Es por esto que a lo largo de los años se ha llevado a cabo un estudio minucioso e intensivo acerca de los fluidos y sus propiedades, a modo de utilizarlos de la mejor manera posible.
Una característica importante que esta presente en los fluidos es su velocidad, para este proyecto, se definirá como "velocidad media de las partículas del líquido en un punto determinado a la distancia media que las partículas recorren por unidad de tiempo. Se mide en metros por segundo"2. Por ejemplo a la hora de realizar una represa, se trabaja con un modelo a escala y se le aplica al fluido el caudal real del canal en cuestión, a modo de crear de manera eficiente y óptima la represa. También se utiliza en mecanismos como la lavadora, en donde la velocidad cumple un rol fundamental. Es por esto que hoy en día existen diferentes medidores de velocidades, dependiendo del fin del fluido y de sus propiedades intensivas y extensivas.
A continuación se mencionarán los diferentes métodos que existen para medir velocidad de fluidos, tanto agua como viento. Se contrastarán las distintas técnicas, indicando sus respectivas ventajas y desventajas.
Sensor de caudal de turbina:
Este medidor consiste en un juego de aspas acopladas a un eje, las cuales giran cuando un fluido pasa a través de ellas. La velocidad a la cual giran estas aspas es proporcional a la velocidad del flujo. Y como se tiene el área del conducto por el cual pasa el fluido, y su velocidad, se puede obtener el caudal. En el fondo, se realiza un aforo de la turbina. Un aforo consiste en medir el caudal en un río o cauce, estos aforos se pueden realizar de manera directa o
indirecta3. Para captar la velocidad de la turbina existen dos tipos de convertidores:
-Reluctancia: En donde la velocidad del fluido esta determinada por el paso de las aspas a través de un campo magnético. esta variación induce una corriente alterna en una bomba captadora.
-Inductivo: El rotor contiene un imán y el campo magnético provocado genera una corriente alterna en una bobina captadora exterior.
Ventajas: Alta precisión
Desventajas: Especial cuidado en mantener el medidor lleno de líquido, ya que el choque de fluido a alta velocidad contra este mismo podría causar un daño severo.
Figura 1; obtenida de controleselectricos32.blogspot.com
Sensores de presión diferencial:
Estos métodos de medición de la velocidad de un fluido tienen una característica en común, todos derivan de la aplicación del teorema de Bernoulli.
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| Figura 2; obtenida de http://es.slideshare.net/DanielCortsBlasco/teorema-de-bernoulli-2 |
Este teorema relaciona la energía cinética, potencial y la presión de un fluido en diferentes puntos. Los diferentes métodos son los siguientes: Diafragma, Boquillas o Tobera, Tubo Venturi, tubo Pitot y tubo Annubar.
Los diafragmas, boquillas y venturímetros disminuyen la sección de paso de la corriente, aumentando de esta manera la velocidad del fluido. Este aumento de la energía cinética se compensa por una disminución de su presión, fácilmente medible. Estos tres dispositivos se diferencian por el modo de conseguir el estrechamiento de la sección de la corriente
Diafragma: consiste en una placa metálica con un orificio en su centro que bloquea parcialmente la conducción del fluido. El orificio depende del espesor de la placa y de la diferencia de presiones que se establezca en el diafragma. La pérdida de presión a través del diafragma se mide mediante un manómetro conectado a puntos situados antes y después del mismo. Si se trata del flujo de un gas, la presión y temperatura se debe medir antes y después del diafragma.
Boquilla: Muy parecido al diafragma, solo que el estrechamiento ocurre de forma pronunciada. Permite caudales muy superiores a los que permite el diafragma, y se utilizan en el caso de tuberías con diámetros mayores a 30 cm.
Venturímetro: Se diferencia de los diafragmas y boquillas en que la sección transversal se reduce gradualmente hasta una mínima denominada "garganta" para luego ir aumentando hasta la sección original.
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| Figura 3: obtenida de http://rua.ua.es/dspace/bitstream/10045/20299/7/tema3_medida%20de%20caudales.pdf |
Tubo Pitot: "Este dispositivo de medición de presión diferencial, consiste básicamente de dos tubos, uno de los cuales recibe la carga de impacto (alta presión), y el otro capta la carga de referencia (baja presión). De la diferencia entre la carga de referencia y la carga de impacto se obtiene la carga dinámica, la cual es proporcionál al cuadrado de la velocidad del flujo en movimiento"4. Por lo tanto se miden dos presiones simultáneamente, la presión de impacto y la presión estática. La presión de impacto se mide mediante un tubo doblado en un extremo en ángulo recto hacia la dirección del flujo. El extremo del tubo que mide la presión estática es cerrado. La presión del flujo estacionario es igual a la presión de estancamiento del flujo externo con el que está en contacto a través del orificio localizado en el punto de estancamiento del tubo.
Tubo Annubar: "es una innovación del tubo de Pitot y consta de dos tubos, el de presión total y el de presión estática. El tubo que mide la presión total está situado a lo largo de un diámetro transversal de la tubería y consta de varios orificio de posición crítica determinada por computadora, que cubren cada uno la presión total en un anillo de área transversal constante de la tubería. El tubo que mide la presión estática se encuentra detrás del de presión total con el orificio en el centro de la tubería y corriente abajo de la misma"5. Este sistema es más preciso que el tubo de Pitot.
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| Figura 4: tubo Annubar.Obtenida de http://www.monografias.com/trabajos106/curso-vapor-medida-caudal-vapor-instalaciones-industriales/curso-vapor-medida-caudal-vapor-instalaciones-industriales.shtml |
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| Figura 5: Tubo Pitot, obtenida de http://descubriendo.fisica.unlp.edu.ar/descubriendo/index.php/%C2%BFQu%C3%A9_es_el_tubo_de_Monsieur_Pitot%3F |
Ventajas de sensores de presion diferencial: Fácil construcción, precisión.
Desventajas: Obtención de velocidad local y no media.
Sensores térmicos:
Anemómetro de filamento caliente: Consiste en un hilo de platino calentado eléctricamente que se sitúa en el punto del fluido en que se desea medir la velocidad. El calor eliminado por el fluido depende de su velocidad, la cual se evalúa a partir de medidas de la resistencia del hilo para una intensidad constante.
Ventajas: Medir velocidad en gases
Desventajas: más apropiados para gases que líquidos, riesgo de formación de burbujas y deposición de suciedad sobre el hilo provocando una pérdida de precisión
Anemómetro de par termoeléctrico caliente: Parecido al anemómetro de filamento caliente, permite medir la velocidad en un punto de una corriendo de fluido (principalmente gas), por el enfriamiento de la soldadura, calentada eléctricamente con intensidad constante en dicho punto
Ventajas: Medir velocidad en gases
Desventajas: Degradación de la soldadura provocando falta de precisión
1FERNANDEZ, Bonifacio. Propiedades de los Fluidos. En su: Introducción a la Mecánica de Fluidos. 4ta ed. Santiago: Ediciones UC, 1992. pp. 17.
2Ortega Haro, Roberto Alejandro. Diseño construcción y operación de un banco hidráulico y venturímetro para pruebas hidráulicas. Trabajo de Graduación previo la obtención del Título de Ingeniero Civil. Carrera de Ingeniería Civil. Quito: UCE. 2013. 150 p.
3CRUZ, Santiago. "Medidor de velocidad de flujo de agua". España: UNAM. 2007. 29 p.
4HERNANDEZ, Marco. "Medición del Flujo de agua residual a presión en tuberías, a través de un tubo de pitot con inyección de aire". México: Instituto Politécnico Nacional. 2006. 104 p.
5MOTA, Guillermo. "Metodología para la selección de medidores de flujo". México: ESIME. 2012. 86 p.
1FERNANDEZ, Bonifacio. Propiedades de los Fluidos. En su: Introducción a la Mecánica de Fluidos. 4ta ed. Santiago: Ediciones UC, 1992. pp. 17.
2Ortega Haro, Roberto Alejandro. Diseño construcción y operación de un banco hidráulico y venturímetro para pruebas hidráulicas. Trabajo de Graduación previo la obtención del Título de Ingeniero Civil. Carrera de Ingeniería Civil. Quito: UCE. 2013. 150 p.
3CRUZ, Santiago. "Medidor de velocidad de flujo de agua". España: UNAM. 2007. 29 p.
4HERNANDEZ, Marco. "Medición del Flujo de agua residual a presión en tuberías, a través de un tubo de pitot con inyección de aire". México: Instituto Politécnico Nacional. 2006. 104 p.
5MOTA, Guillermo. "Metodología para la selección de medidores de flujo". México: ESIME. 2012. 86 p.
