Parametros PARA Medir EL Caudal PDF

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CAUDAL En dinámica de fluidos, caudal es la cantidad de fluido que circula a través de una sección del ducto (tubería, cañería, oleoducto, río, canal) por unidad de tiempo. Normalmente se identifica con el flujo volumétrico o volumen que pasa por un área dada en la unidad de tiempo. Menos frecuentemente, se identifica con el flujo másico o masa que pasa por un área dada en la unidad de tiempo. El caudal, flujo o descarga es la cantidad de agua que pasa a través de una sección del canal por unidad de tiempo. Se calcula multiplicando la velocidad del agua (m/s) por el área de la sección (m2), lo que produce un volumen (m3/s). Por lo tanto, este aspecto solamente será aplicable a sistemas de aguas corrientes como ríos, arroyos, cañadas. La descarga es un producto del ciclo hidrológico, por lo tanto varía con la topografía, geología, clima, estación, vegetación y área de drenaje. Los cursos de agua con mayor número de afluentes suelen tener flujos más estables. Cuencas con intenso uso de la tierra y poca vegetación riparia, suelen tener descargas que responden rápidamente a las precipitaciones. Por otro lado, las cuencas forestadas suelen aportar caudales más constantes. Los cambios en el caudal, afectan la profundidad del agua, la composición de los sedimentos y la carga de sedimentos en suspensión. Por estos motivos, afectan tanto la estructura física del hábitat como su variabilidad temporal, lo que a su vez determina la composición biológica del sistema. Además conocer el caudal es importante, ya que cuanto mayor sea, mayor capacidad tendrá de ser poco afectados cuando reciban descargas, mientras que las corrientes pequeñas tienen menos capacidad de diluir y degradar desechos. [ CITATION Goy07 \l 12298 ] La medida de caudal en conducciones cerradas, consiste en la determinación de la cantidad de masa o volumen que circula por la conducción por unidad de tiempo. Los instrumentos que llevan a cabo la medida de un caudal se denominan, habitualmente, caudalímetros o medidores de caudal, constituyendo una modalidad particular los contadores, los cuales integran dispositivos adecuados para medir y justificar el volumen que ha circulado por la conducción. Los medidores de caudal volumétrico pueden determinar el caudal de volumen de fluido de dos formas: • Directamente, mediante dispositivos de desplazamiento positivo. • Indirectamente, mediante dispositivos de: presión diferencial, área variable, velocidad, fuerza, etc. Puesto que la medida de caudal volumétrico en la industria se realiza, generalmente, con instrumentos que dan lugar a una presión diferencial al paso del fluido, abordaremos en primer lugar los medidores de presión diferencial. Esta clase de medidores presenta una reducción de la sección de paso del fluido, dando lugar a que el fluido aumente su velocidad, lo que origina un aumento de su energía

cinética y, por consiguiente, su presión tiende a disminuir en una proporción equivalente, de acuerdo con el principio de la conservación de la energía, creando una diferencia de presión estática entre las secciones aguas arriba y aguas abajo del medidor. [ CITATION Gar12 \l 12298 ] CÁLCULO DE CAUDAL Para medición de aire. Al tratarse de un término genérico, la fórmula para calcular cualquier caudal de cualquier fluido siempre es la misma: Q=V ∗S

Dónde V es la velocidad de paso del fluido a través de una sección S. En unidades del Sistema Internacional (SI), tenemos que la velocidad se debe expresar en m/s, mientras que la sección se especificaría en m2. Por tanto, el caudal Q quedaría expresado en m3/s. En el sector de la ventilación es más habitual ofrecer el caudal en m3/h (exceptuando casos de ventilación industrial, dónde se requieren grandes caudales), por lo que tan sólo se deberá multiplicar el resultado de la fórmula anterior por 3600, obteniendo así el caudal Q expresado en m3/h. Por tanto, para poder calcular el caudal necesario, deberemos conocer a priori la velocidad de paso del aire y la sección por donde éste circulará. Si bien es fácil conocer la sección, puesto a que es un parámetro de fácil medición, la velocidad del aire es más difícil de determinar. En consecuencia, se suelen prestablecer diferentes rangos de velocidad teniendo en cuenta la aplicación para la que el sistema de ventilación está siendo diseñado. Es importante conocer que la velocidad del aire es un parámetro fundamental que afecta directamente al ruido que se produce al circular el fluido por una sección cerrada. Por tanto, en lugares donde el nivel acústico es importante, la velocidad de paso del aire debería estar limitada a un rango de entre 4-6 m/s, como suele ocurrir en viviendas (4 m/s, marcado por CTE), oficinas u hospitales, mientras que en ambientes industriales se puede aumentar esta velocidad hasta 10 m/s. Finalmente, en aplicaciones en las que se requiere arrastre de partículas u otros procesos industriales, se pueden llegar a alcanzar velocidades mayores a 25 m/s. [ CITATION Sol17 \l 12298 ] Para medición de agua. La medición o gasto de agua que pasa por una sección transversal de un conducto (rio, riachuelo, canal, tubería) de agua, se conoce como aforo o medición de caudales. Para determinar caudales siempre hay que tener cuenta lo siguiente:    

El caudal Q se expresa en litros por segundo (l/s) o en metros cúbicos por segundo ( m 3 /s ). En la ecuación, si Q el caudal se expresa en ( m 3 /s ), el espacio se expresa en m y el tiempo (t en segundos). Es fácil convertir ( m 3 /s ) a (l/s), sabiendo que un m 3 equivale a 1 000 litros. El problema principal es medir la velocidad media en los canales o causes ya que la velocidad varía en los diferentes puntos al interior de una mesa de agua.

Métodos de medición de caudales Los métodos que se emplean para aforar el agua están basados en la determinación del área de la sección transversal y la velocidad. Para ello se utiliza la fórmula: Q= A∗V (1) Dónde:

Q = Caudal o Gasto ( m 3 /s ) A = Área de la sección transversal ( m 2 ) V = Velocidad media del agua en el punto (m/s)

Cálculo de área Se calcula el área de la sección transversal del rio a medir, a través del siguiente procedimiento: 

La sección transversal del rio en donde se va a realizar el aforo se divide en varias subsecciones, como se observa en la figura siguiente:



El número de subsecciones depende del caudal estimado que podría pasar por la sección. Cada subsección no debería pasar más del 10% del caudal estimado. Otro criterio es que, en cauces grandes, el número de subsecciones no debe ser menor a 20. El ancho superior de la sección transversal (superficie libre del agua) se divide en tramos iguales, cuya longitud es igual al ancho superior de la sección transversal dividido por el número de secciones calculadas.



El área en cada subsección se calculará fácilmente considerándola como un paralelogramo cuya base (ancho del tramo) se multiplica por el promedio de los tirantes que delimitan dicha subsección. T1+

T2 =T 2

A=

T 1+T 2 2

Luego para determinar el área de la sección transversal, se suman las áreas obtenidas en cada subsección. A1 + A2 + A3 +A4 + An = At Para calcular la velocidad se puede utilizar métodos: -

Método del correntómetro Método del flotador

Una vez calculada el área y la velocidad procedemos al cálculo del caudal, multiplicando el área de la sección transversal por la velocidad del agua en esa sección y por el factor de corrección en el caso del método del flotador sumergido, el mismo que corresponde a 0,99 para los Canals con revestimiento de cemento y de 0,66 para los ríos, como lo muestra el siguiente ejemplo:

Método volumétrico Es un método de fácil utilización y elemental concepción. Es necesario contar con recipiente: balde o tubo u otro que se conozca la capacidad de contención. Dicha capacidad se estima en litros. Es imprescindible contar con el tubo o canalete, se recomienda que el tamaño del tubo facilite su transporte manual. Un reloj con segundero deber ser parte del equipo. [ CITATION Roj06 \l 12298 ] Procedimiento: -

-

Con los materiales a mano, se escoge un punto del río en donde la corriente no sea fuerte. En el lugar escogido se hace un dique rustico para represar al agua. Es posible que cerca de la corriente de agua haya piedras, palos y hojas de árboles. Con estos recursos naturales se puede levantar el pequeño dique. El tubo se introduce o empotra en el dique para que el agua salga por ese ducto. Hay que evitar en lo posible grandes fugas de agua por el borde del tubo adherido al dique.

-

En la boca del tubo por donde sale agua se coloca el recipiente a llenar y al mismo instante se observa el tiempo de duración de llenado del recipiente. Ahora prosigue la sección de cálculo volumétrico: la división. Se divide la capacidad del recipiente entre el tiempo que registró el llenado. El resultado o cociente de la operación indica cual es el caudal del curso de agua.

En términos de notación esquemática la operación es: Capacidad = C Tiempo = T Caudal = Q Entonces: Q=C/T (C dividido entre T). Como ejemplo, resolvemos un problema ciñéndonos a la fórmula para conocer el caudal aproximado: Datos:

Desarrollo

C = 12 litros;

Q = C/T

T = 5 segundos;

Q = 12 Litros / 5 segundos

Q =? Litros por segundo.

Q = 2,4 LPS

PARAMETROS PARA MEDIR EL CAUDAL Para medir el caudal se debe tener en cuenta los siguientes factores y condiciones: 

Rango de caudales a cubrir



Precisión requerida (debe especificarse para todo el rango)



Ambiente en que se realizará la medición



Tipo de salida eléctrica requerida



Costos (del instrumento en sí, energía, instalación, mano de obra …)



Costo de la energía necesaria para operarlo



Tipo de fluido a medir

INSTRUMENTOS PARA MEDIR EL CAUDAL

 TUBO PITOT Este instrumento mide la presión estática y la presión dinámica del fluido en un punto de la cañería. El caudal puede determinarse a partir de la diferencia entre ambas presiones. 

PLACAS DE ORIFICIO

Es en un disco con un orificio concéntrico, excéntrico ó segmentado y se coloca

perpendicular a la tubería, cuando el fluido pasa a través de la placa de orificio,

disminuye su presión hasta que alcanza su mínimo en un área denominada “vena contracta”. En este punto se obtiene el valor mínimo de presión y la máxima velocidad. Luego la presión vuelve a incrementarse pero ya no recupera su valor anterior debido a pérdidas causadas por turbulencias y fricciones. La diferencia de presión que ocasiona la placa de orificio permite calcular el caudal.

Fig 1. Funcionamiento de la Placa de Orificio



MEDIDOR DE DESPRENDIMIENTO DE VÓRTICES

Se usa para medir el caudal con la ayuda de un cuerpo que genera vórtices, el principio básico de un medidor de vórtices es que los remolinos que se desprenden del cuerpo están a una frecuencia proporcional al caudal volumétrico que está circulando Ventajas:  Una instalación sencilla.  Ausencia de piezas móviles que deban mantenerse o repararse.  Consumo de energía muy bajo lo que permite su uso en áreas remotas.  Sirven para aplicaciones de líquidos, gases, vapor y ambientes corrosivos.

Fig2. Ejemplo de caudalímetros de vórtices

 MEDIDORES MAGNÉTICOS

El funcionamiento de estos instrumentos se basa en la Ley de Faraday de inducción magnética. Esta nos dice que una partícula cargada eléctricamente que pasa a través de un campo magnético produce una tensión, esta tensión es proporcional a la velocidad de la partícula. Dado que un líquido conductivo contiene partículas cargadas, al pasar a través de un campo magnético, producirá una tensión (Ley de Faraday). Los medidores magnéticos generan un campo magnético perpendicular a la corriente de flujo y miden la tensión producida por el fluido que pasa a través del instrumento. La tensión producida es proporcional a la velocidad media del fluido.[ CITATION Mar11 \l 12298 ] Ventajas:  Permite la medición de caudales bi-direccionales.  No tiene partes móviles, por lo que es confiable y de bajo mantenimiento.  Su precisión es relativamente alta Desventajas:  Su costo es relativamente alto.  No es utilizable en gases por la baja conductividad.

Fig. 3. Ejemplo de medidor de caudal electromagnético



MEDIDORES ULTRASÓNICOS

Estos instrumentos son útiles para toda clase de fluidos, miden electrónicamente el desfase de dos haces de ultrasonidos que se atraviesen diagonalmente en la corriente de un fluido (uno hacia la parte anterior y otro hacia la parte posterior), esta medida se relaciona con el caudal. [ CITATION Mar11 \l 12298 ]

Fig. 4. Funcionamiento del medidor ultrasónico Ventajas:  No ocasiona pérdida de carga.  No tiene partes móviles  Ideal para la medición de materiales tóxicos o peligrosos  Su rango de medición es muy amplio.  Su instalación es muy simple y económica. Desventajas:  Su precisión no es muy alta.  Su costo es relativamente alto para tuberías de bajo diámetro 

TRANSMISOR DE CAUDAL MÁSICO

A este aparto se le considera, en general, como el mejor equipo del mercado ya que se pueden utilizar para medir casi cualquier tipo de líquido aunque es muy sensible a vibraciones que existen en la línea., su funcionamiento se basa en el principio Coriolis (movimiento de cuerpos y rotación de la tierra). Dispone de uno o más tubos de medición que oscilan artificialmente a causa de un excitador, cuando un fluido pasa por el tubo de medición, se superpone una torsión a dichas oscilaciones a causa de la inercia del fluido. Dos sensores detectan este cambio en la oscilación del tubo en tiempo y espacio como "desfase". Este desfase es una medida directa del caudal másico.

Fig 5. Funcionamiento del caudalímetro másico

Bibliografía García, L. (2012). Teoría de la medición de caudales y volúmenes de agua. Obtenido de ITGE Web site: http://www.igme.es/igme/publica/libros2_TH/art2/pdf/teoria.pdf Goyenola, G. (Junio de 2007). Velocidad de la corriente y caudal. Obtenido de Imasd Web site: http://imasd.fcien.edu.uy/difusion/educamb/propuestas/red/curso_2007/cartillas/ tematicas/Velocidad%20de%20la%20corriente%20y%20caudal.pdf Martín, I., & Salcedo , R. (2011). MECÁNICA DE FLUIDOS. En I. Martín, & R. Salcedo, Martín, I; Salcedo , R; (págs. 18-21). Alicante : Universidad de Alicante . Rojas,

O. (2006). Manual Básico para Medir Caudales . http://www.bivica.org/upload/medir-caudales-manual.pdf

Obtenido

de

SolerPalau. (22 de Marzo de 2017). Obtenido de SolerPalau Web site: https://www.solerpalau.com/es-es/blog/formula-caudal/...