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Technical Documents - Documentos Técnicos: Tobera. Tubos de Pitot. Medidor Target.

TOBERA

Otros tipos de productores diferenciales son toberas de flujo y tubos de flujo. Estos son a veces fabricados  en el sitio de trabajo, por lo que es probable que requieran ser calibrados en el sitio mismo. Son útiles cuando puede haber algunos sólidos presentes en la corriente de flujo, ya que permitiría a los sólidos pasar corriente abajo y no formar obstrucciones detrás de una placa de orificios.

La boquilla de flujo o boquilla de caudal es un buen compromiso entre el costo y la precisión entre la placa de orificio y el tubo Venturi para líquidos limpios. Normalmente no se usa con partículas suspendidas. Su uso principal es la medición del flujo de vapor. La boquilla de flujo se muestra en la Fig. c siguiente.

Fig. c- Boquilla de flujo o boquilla de caudal

La tobera puede considerarse como una variación del tubo Venturi. La abertura de la tobera es una restricción elíptica tal como se muestra en las figuras siguientes. La tobera es otro tipo de elemento primario. Se trata de un dispositivo con una entrada perfilada por una garganta cilíndrica. La toma de alta presión se realiza en la pared de la tubería, a una distancia D de la entrada, mientras que la de baja presión suele colocarse a la salida, donde la sección del flujo es mínima. Esta toma se realiza directamente en la pared de la tubería y suele estar a ½D de la placa. También se hacen toberas en ángulo. Por medio de la tobera pueden medirse caudales superiores a 60% en aquellos que se pueden determinar mediante el diafragma o placa orificio, siendo menor la pérdida de carga permanente. Su instalación es muy simple, montándose entre las bridas de la tubería.

Las tomas de presión se localizan aproximadamente ½ D aguas abajo y 1 D aguas arriba; donde D es el diámetro de la tubería. La tobera se utiliza principalmente cuando la turbulencia es alta (Re> 50.000), tal como flujo de vapor a altas temperaturas. La caída de presión que se produce en la tobera es mayor que en un tubo Venturi pero menor que en una placa de orificio.

Fig. Tobera

El tubo de flujo es muy similar a la tobera en que se permite que objetos extraños pasen por la tubería sin crear obstrucciones detrás del productor diferencial (ver figura).

El tubo Dall que se muestra en la Fig. d siguiente tiene la menor pérdida de inserción, pero no es adecuado para usar con lodos.

Fig. tubo Dall

Las relaciones típicas (relaciones beta, que son el diámetro de la abertura del orificio dividido por el diámetro de la tubería) para el tamaño de la constricción y el tamaño de la tubería en las mediciones de flujo están normalmente entre 0,2 y 0,6. Las relaciones se eligen para dar caídas de presión lo suficientemente elevadas para mediciones de flujo precisas, pero no son lo suficientemente elevadas para generar turbulencias. Se busca un compromiso entre relaciones beta altas (d / D) que dan presiones diferenciales bajas y relaciones bajas que dan presiones diferenciales altas, pero se pueden crear pérdidas altas.

En resumen, la placa orificio es el dispositivo de medición más simple, el más barato, el más fácil de reemplazar, el menos preciso, el más sujeto a daños y erosión, y tiene la mayor pérdida. El tubo Venturi es más difícil de reemplazar, más caro, más preciso, tiene una alta tolerancia a los daños y la erosión, y las pérdidas más bajas de los tres tubos. La boquilla de flujo es una solución intermedia entre las otras dos y ofrece un buen compromiso. El tubo Dall tiene la ventaja de tener la menor pérdida de inserción, pero no se puede utilizar con lodos.

Medidor de codo

El medidor de codo se puede utilizar como caudalímetro diferencial. La figura a siguiente muestra la sección transversal de un codo. Cuando un fluido circula, se produce una presión diferencial entre el interior y el exterior del codo debido al cambio de dirección del fluido. La diferencia de presión es proporcional al caudal del fluido. El medidor de codo es bueno para manejar partículas en solución, con buenas características de resistencia al desgaste y la erosión, pero tiene baja sensibilidad.

Fig. Otros dispositivos de medición de flujo son (a) codo, (b) tubo pitot estático y (c) rotámetro.

TUBOS DE PITOT

Otro productor de presión diferencial es el tubo de pitot y el tubo de Pitot distribuido (véase figuras).

El tubo de Pitot estático que se muestra en la figura b anterior es un método alternativo para medir la tasa de flujo, pero tiene algunas desventajas al medir el flujo, ya que realmente mide la velocidad del fluido en la boquilla. Debido a que la velocidad varía a lo largo de la sección transversal de la tubería, el tubo estático Pilot debe moverse a través de la tubería para establecer una velocidad promedio, o el tubo debe calibrarse para un área. Otras desventajas son que el tubo puede obstruirse con partículas y la presión diferencial entre el impacto y las presiones estáticas para caudales bajos puede no ser suficiente para proporcionar la precisión requerida.

Estos se insertan en la tubería, con frecuencia a través de una toma en caliente que permite que el tubo de Pitot sea insertado y eliminado sin necesidad de cortar el flujo del proceso. Los mismos se utilizan a menudo en tubos de tamaños más grandes para reducir la pérdida de presión y reducir el costo de la instalación. Nota: la ilustración del tubo de Pitot distribuido (Annubar) muestra la toma de alta presión y de baja presión separadas para dar mayor claridad. En realidad están juntos en una conexión única a través de la pared del tubo. En algunas líneas de grandes tamaños, los usuarios no instalan un productor de presión diferencial  especial, en su lugar se  instalan tomas en el interior y exterior de los radios de un codo de tubería existente. Si bien esto  no es normalmente una instalación de alta precisión, funciona adecuadamente para las mediciones no críticas para las que la repetibilidad puede ser más importante y el gran tamaño de la tubería hace la instalación de una placa de orificios muy costosa.

El tubo de Pitot utilizado para la medición de caudal está constituido por dos tubos que detectan la presión en dos puntos distintos de la tubería. Pueden montarse por separado o agrupados dentro de un alojamiento, formando un dispositivo único. Uno de los tubos mide la presión de impacto (presión dinámica más presión estática) en un punto de la vena. El otro mide únicamente la presión estática, generalmente mediante un orificio practicado en la pared de la conducción.

Un tubo Pitot mide dos presiones simultáneamente: presión de impacto (Pt ) y presión estática (Ps). La unidad para medir la presión de impacto es un tubo con el extremo doblado en ángulo recto hacia la dirección del flujo. El extremo del tubo que mide presión estática es cerrado pero tiene una pequeña ranura en un lado. Los tubos se pueden montar separados o en una sola unidad. En la figura siguiente se muestra un esquema de un tubo Pitot.

Para determinar el lugar de inserción de los tubos, es necesario localizar el punto de máxima velocidad, desplazando el orificio de los mismos a lo largo del diámetro de la tubería. A pesar de que un tubo de Pitot puede calibrase para medir caudal en ± 0,5%, la distribución inestable de velocidades puede desencadenar errores importantes. Esto constituye uno de los motivos por lo que estos elementos se utilizan sobre todo para la medida de caudal de gases, ya que la variación de velocidad de la mediana con respecto al centro no constituye un inconveniente grave.

La presión diferencial medida a través del tubo Pitot puede calcularse utilizando la ecuación de Bernoulli, y resulta ser proporcional al cuadrado de la velocidad del fluido:

Cambios en los perfiles de velocidad del flujo pueden causar errores significativos. Por esta razón los tubos Pitot se utilizan principalmente para medir flujo de gases, ya que en este caso, los cambios en la velocidad del flujo no representan un inconveniente serio. Los tubos Pitot tienen limitada aplicación industrial debido a que pueden obstruirse fácilmente con las partículas que pueda tener el fluido.

Las aplicaciones de los tubos de Pitot están muy limitadas en la industria, dada la facilidad con que se obstruyen por la presencia de cuerpos extraños en el fluido a medir. En general, se utilizan en tuberías de gran diámetro, con fluidos limpios, principalmente gases y vapores. Su precisión depende de la distribución de las velocidades y generan presiones diferenciales muy bajas, que resultan difíciles de medir.

Medidor de impacto Target

El último desarrollo de interés en medidores diferenciales es el medidor de impacto (figura siguiente ).

Figura - Medidor de impacto.

Puede ser visto como una placa de orificio instalada al revés. En realidad, el elemento primario es un disco sólido circular montado perpendicularmente al flujo y suspendido al nivel del eje de la tubería por una barra de fuerza controlada por un sistema electrónico o neumático. Este sistema mide la fuerza de impacto F¡ sobre el disco, la cual se expresa por la ecuación siguiente :

De acuerdo al teorema de Bernuolli, esta fuerza Fi, es proporcional a la diferencia entre la presión total y la presión estática, de tal manera que el caudal Qv, puede obtenerse una vez más por la relación de raíz cuadrada.

Este tipo de medidor es apropiado para flujos “sucios” y de bajo número de Reynolds, donde el elemento primario clásico no es adecuado; también pueden usarse para líquidos limpios y gas natural. Una vez efectuada su calibración y adecuada instalación, el medidor de impacto provee buena exactitud, pero sus mejores características son su rangoabilidad y rápida respuesta dinámica.

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