FLUJO DE AGUA EN REGIMEN TURBULENTO: DETERMINACION DE LA PERDIDA DE CARGA POR EL METODO DE MITCI:

Se llama flujo turbulento o corriente turbulenta al movimiento de un fluido que se da en forma caótica, en que las partículas se mueven desordenadamente y las trayectorias de las partículas se encuentran formando pequeños remolinos aperiódicos, como por ejemplo el agua en un canal de gran pendiente.

Considere el flujo de agua sobre un cuerpo simple de configuración geométrica suave como una esfera. A baja velocidad el flujo es laminar, es decir que el flujo es suave (aunque pueda estar relacionado con vórtices de gran escala). A medida que la velocidad aumenta, en algún momento se pasa al régimen turbulento. En flujo turbulento, se asume que aparecen vórtices de diferentes escalas que interactúan entre sí. La fuerza de arrastre debido a fricción en la capa límite aumenta. Este fenómeno ocasiona que se produzcan pérdidas de carga en el flujo del fluido.

Para determinar estas pérdidas de carga se utilizan varios métodos o modelos matemáticos entre los cuales se encuentra el método de MITCI:

Además de las pérdidas de carga por rozamiento, se producen otro tipo de pérdidas que se originan en puntos singulares de las tuberías (cambios de dirección, codos, juntas...) y que se deben a fenómenos de turbulencia. La suma de estas pérdidas de carga accidentales o localizadas más las pérdidas por rozamiento dan las pérdidas de carga totales.

Salvo casos excepcionales, las pérdidas de carga localizadas sólo se pueden determinar de forma experimental, y puesto que son debidas a una disipación de energía motivada por las turbulencias, pueden expresarse en función de la altura cinética corregida mediante un coeficiente empírico (K):

h = K ∙ (v2 / 2g)

Donde h es la pérdida de carga, K es el coeficiente empírico (adimensional), el cual depende de la velocidad madia en el interior de la tubería, V es la velocidad media y g es la aceleración de la gravedad

FLUJO TURBULENTO

Según la viscosidad del fluido, un flujo se puede clasificar en laminar o turbulento.

En el flujo turbulento las partículas se mueven sin seguir un orden establecido, en trayectorias completamente erráticas.

El flujo turbulento se caracteriza porque el fluido continuamente se mezcla, de forma caótica, como consecuencia de la ruptura de un flujo ordenado de vórtices, que afectan zonas en dirección del movimiento. El flujo del agua en los ríos o el

movimiento del aire cerca de la superficie de la tierra son ejemplos típicos de flujos turbulentos.

Las manifestaciones t´ıpicas de la turbulencia se pueden resumir en tres efectos principales: Inestacionaridad de peque˜na escala Un permanente y continuo proceso de mezcla Un dominante efecto de la inercia del fluido

1. Inestacionaridad: Aun cuando se encuentre confinado y limitado por contornos estacionarios el flujo turbulento presenta una progresiva sucesión de inestabilidades que causan e inducen fluctuaciones en las componentes de la velocidad que hacen que el movimiento se torne inestacionario. Este tipo de manifestaciones pueden ser observados en experimentos con la conocida experiencia de Reynolds, en chorros fluidos y capas límites.

2. Procesos de mezcla: La turbulencia introduce componentes de velocidad transversales el movimiento principal que generan procesos de mezcla que aumentan notablemente el intercambio de masa, calor y cantidad de movimiento en la masa fluida.

3. Efecto dominante de la inercia del fluido La densidad del fluido tiene un papel mucho más preponderante que el coeficiente de viscosidad molecular en el establecimiento de las tensiones tangenciales efectivas. Una remarcable característica de la turbulencia es que la disipación friccional es mucho menos dependiente de la viscosidad que de la densidad del fluido. Esto se debe a que la transferencia de energía mecánica desde la componente estacionaria del flujo a la energía. Mientras que en los flujos laminares las tensiones tangenciales son producidas exclusivamente por la viscosidad molecular y esta domina sobre los efectos de inercia, en los flujos turbulentos la viscosidad molecular tiene una muy débil influencia, y las tensiones tangenciales (de naturaleza diferente a la molecular) son gobernadas casi exclusivamente por los efectos inerciales, asociadas a esa inestacionariedad de pequeña escala presente en los flujos la turbulencia es provocada por efectos inerciales.

CARACTERÍSTICAS Y DESARROLLO

En el flujo turbulento las partículas se mueven en trayectorias irregulares, que no son suaves ni fijas. El flujo es turbulento si las fuerzas viscosas son débiles en relación con las fuerzas inerciales.

La turbulencia según la definición de Taylor y von Kármán, puede producirse por el paso del fluido sobre superficies de frontera, o por el flujo de capas de fluido, a diferentes velocidades que se mueven una encima de la otra.

Tipos de turbulencia:

* Turbulencia de pared: generada por efectos viscosos debida a la existencia de paredes.

* Turbulencia libre: producida en la ausencia de pared y generada por el movimiento de capas de fluido a diferentes velocidades.

Diferentes teorías han tratado de explicar el origen y la estructura de la turbulencia.  Algunas explican que la turbulencia es debida a la formación de vórtices en la capa límite, como consecuencia de los disturbios que se generan por discontinuidades bruscas existentes en la pared ; mientras que otras teorías atribuyen la turbulencia a la influencia del esfuerzo cortante, cuando se presenta un gradiente de velocidades con discontinuidades bruscas. Sin embargo a pesar de las múltiples investigaciones, los resultados obtenidos sobre el desarrollo de la turbulencia no son totalmente satisfactorios, ya que solo pueden estudiarse experimental y teóricamente como un fenómeno estadístico.

Número de Reynolds

El régimen de flujo depende de tres parámetros físicos que describen las condiciones del flujo. El primer parámetro es una escala de longitud del campo de flujo, como el espesor de una capa límite o el diámetro de una tubería. Si dicha escala de longitud es lo bastantemente grande, una perturbación del flujo podría aumentar y el flujo podría volverse turbulento. El segundo parámetro es una escala de velocidad tal como un promedio espacial de la velocidad ; si la velocidad es lo bastante grande el flujo podría ser turbulento. El tercer parámetro es la viscosidad cinemática; si la viscosidad es lo bastante pequeña, el flujo puede ser turbulento.

Estos tres parámetros se combinan en un solo parámetro conocido como el número de Reynolds ( R ) , con el cual se puede predecir el régimen de flujo, si R > 4000 el flujo será turbulento.

MEDIDORES DE FLUJO

Los medidores de flujo son dispositivos que permiten la medición de las propiedadesintrínsecas de los fluidos. Los medidores de flujo se dividen en diversos tipos, de acuerdocon su morfología y su funcionalidad. En general, algunos se basan en la conservación de laenergía, para realizar un balance global de energía para poder determinar el flujo másicodel fluido. Los medidores de flujo de tipo diferencial son los más utilizados y entre ellospueden mencionarse: La placa de orificio, el tubo de Venturi, el tubo Pitot, la tobera, etc.

Losmedidoresdeflujodiferencialgeneralmenteestánconstituidospordoscomponentes: un elemento primario que se coloca en la tubería para obstruir el fluido ygenerar una caída de presión y un elemento

secundario que mide la caída de presión y emiteuna lectura (medición) a un sistema de indicación o control

MEDIDOR DE ORIFICIOLa placa de orificio es el elemento primario para la medición de flujo más sencillo, es una lamina plana circular con un orificio concéntrico, excéntrico ó segmentado y se fabrica de acero inoxidable, la placa de orificio tiene una dimensión exterior igual al espacio interno que existe entre los tornillos de las bridas del montaje, el espesor del disco depende del tamaño de la tubería y la temperatura de operación, en la cara de la placa de orificio que se conecta por la toma de alta presión, se coloca perpendicular a la tubería y el borde del orificio, se tornea a escuadra con un ángulo de 900 grados, al espesor de la placa se la hace un biselado con un chaflán de un ángulo de 45 grados por el lado de baja presión, el biselado afilado del orificio es muy importante, es prácticamente la única línea de contacto efectivo entre la placa y el flujo, cualquier rebaba, ó distorsión del orificio ocasiona un error del 2 al 10% en la medición, además, se le suelda a la placa de orificio una oreja, para marcar en ella su identificación, el lado de entrada, el número de serie, la capacidad, y la distancia a las tomas de presión alta y baja. En ocasiones a la placa de orificio se le perfora un orificio adicional en la parte baja de la placa para permitir el paso de condensados al medir gases, y en la parte alta de la placa para permitir el paso de gases cuando se miden líquidos.

Placa de orificio, concéntrica, excéntrica y segmentada. Con las placas de orificio se producen las mayores perdidas de presión en comparación a los otros elementos primarios para medición de flujo más comunes, con las tomas de presión a distancias de 2 ½ y de 8 diámetros antes y/o después de la placa se mide la perdida total de presión sin recuperación posterior. Se mide la máxima diferencial posible con recuperación de presión posterior y, con tomas en las bridas se mide una diferencial muy cerca de la máxima, también con recuperación de presión posterior.La exacta localización de tomas de presión antes de la placa de orificio carece relativamente de importancia, ya que la presión en esa sección es bastante constante. En todas las relaciones de diámetros D/d

comerciales. Desde ½ D antes de la placa en adelante hasta la placa, la presión aumenta gradualmente en una apreciable magnitud en relaciones d/D arriba de 0.5; debajo de ese valor la diferencia de presiones es despreciable. Pero sí en la toma de alta presión, la localización no es de mayor importancia, si lo es en la toma de baja presión, ya que existe una región muy inestable después de la vena contracta que debe evitarse; es ésta la razón por la que se recomienda colocarlas para tuberías a distancias menores de 2 pulgadas de las tomas de placa. La estabilidad se restaura a 8 diámetros después de la placa pero en este punto las presiones se afectan por una rugosidad anormal en la tubería. Desventajas en el uso de la placa de orificio

1. Es inadecuada en la medición de fluidos con sólidos en suspensión.2. No conviene su uso en medición de vapores, se necesita perforar la parte

inferior.3. El comportamiento en su uso con fluidos viscosos es errático ya que la

placa se calcula para una temperatura y una viscosidad dada.4. Produce las mayores pérdidas de presión en comparación con otros

elementos primarios de medición de flujos. Cuando el flujo pasa a través de la placa de orificio, disminuye su valor hasta que alcanza una área mínima que se conoce con el nombre de “vena contracta”, en las columnas sombreadas de la figura siguiente, el flujo llega con una presión estática que al pasar por el orificio, las pérdidas de energía de presión se traducen en aumentos de velocidad, en el punto de la vena contracta se obtiene el menor valor de presión que se traduce en un aumento de velocidad, en ese punto se obtiene la mayor velocidad.

 Más delante de la vena contracta, la presión se incrementa, se genera una perdida de presión constante que ya no se recupera, la diferencia de presión que ocasiona la placa de orificio permite calcular el caudal, el cual es proporcional a la raíz cuadrada de la caída de presión diferencial.

Existen dos tipos de placas de orificio segmentadas; fijas y ajustables. Orificio segmentado fijo:Se usa para medir flujos pequeños y es una combinación de orificio excéntrico y una parte segmentada, la parte concéntrica se diseña para obtener un diámetro del 98% del diámetro interior de la tubería, se usa para en la medición de flujos como son las pulpas y pastas, no es recomendable para líquidos de alta viscosidad. Orificio segmentado ajustable:En este caso la relación entre el diámetro interior y exterior (0.25-0.85), se modifica por medio de un segmento móvil, el cuerpo de la placa de orificio se fabrica con bridas de conexión similares a la de una válvula, las guías son de acero al carbón, el material del segmento es de acero inoxidable, se utiliza en tuberías con variaciones de flujo del 10:1 bajo variaciones de presión y temperatura considerables. La relación entre el flujo y la caída de presión es:

MEDIDOR VENTURI

El Tubo de Venturi fue creado por el físico e inventor italiano Giovanni Battista Venturi (1.746 – 1.822). Fue profesor en Módena y Pavía. En Paris y Berna, ciudades donde vivió mucho tiempo, estudió cuestiones teóricas relacionadas con el calor, óptica e hidráulica.

En este último campo fue que descubrió el tubo que lleva su nombre. Según él este era un dispositivo para medir el gasto de un fluido, es decir, la cantidad de flujo por unidad de tiempo, a partir de una diferencia de presión entre el lugar por donde entra la corriente y el punto, calibrable, de mínima sección del tubo, en donde su parte ancha final actúa como difusor.DEFINICIÓNEl Tubo de Venturi es un dispositivo que origina una pérdida de presión al pasar por él un fluido. En esencia, éste es una tubería corta recta, o garganta, entre dos tramos cónicos. La presión varía en la proximidad de la sección estrecha; así, al colocar un manómetro o instrumento registrador en la garganta se puede medir la caída de presión y calcular el caudal instantáneo, o bien, uniéndola a un depósito carburante, se puede introducir este combustible en la corriente principal.Las dimensiones del Tubo de Venturi para medición de caudales, tal como las estableció Clemens Herschel, son por lo general las que indica la figura 1. La entrada es una tubería corta recta del mismo diámetro que la tubería a la cual va unida.El cono de entrada, que forma el ángulo a1, conduce por una curva suave a la garganta de diámetro d1. Un largo cono divergente, que tiene un ángulo a2, restaura la presión y hace expansionar el fluido al pleno diámetro de la tubería. El diámetro de la garganta varía desde un tercio a tres cuartos del diámetro de la tubería.

La presión que precede al cono de entrada se transmite a través de múltiples aberturas a una abertura anular llamada anillo piezométrico. De modo análogo, la presión en la garganta se transmite a otro anillo piezométrico. Una sola línea de presión sale de cada anillo y se conecta con un manómetro o registrador. En algunos diseños los anillos piezométricos se sustituyen por sencillas uniones de presión que conducen a la tubería de entrada y a la garganta.La principal ventaja del Vénturi estriba en que sólo pierde un 10 - 20% de la diferencia de presión entre la entrada y la garganta. Esto se consigue por el cono divergente que desacelera la corriente.Es importante conocer la relación que existe entre los distintos diámetros que tiene el tubo, ya que dependiendo de los mismos es que se va a obtener la presión deseada a la entrada y a la salida del mismo para que pueda cumplir la función para la cual está construido.Esta relación de diámetros y distancias es la base para realizar los cálculos para la construcción de un Tubo de Venturi y con los conocimientos del caudal que se desee pasar por él.Deduciendo se puede decir que un Tubo de Venturi típico consta, como ya se dijo anteriormente, de una admisión cilíndrica, un cono convergente, una garganta y un

cono divergente. La entrada convergente tiene un ángulo incluido de alrededor de 21º, y el cono divergente de 7º a 8º.La finalidad del cono divergente es reducir la pérdida global de presión en el medidor; su eliminación no tendrá efecto sobre el coeficiente de descarga. La presión se detecta a través de una serie de agujeros en la admisión y la garganta; estos agujeros conducen a una cámara angular, y las dos cámaras están conectadas a un sensor de diferencial de presión.

FUNCIONAMIENTO DE UN TUBO DE VENTURI

En el Tubo de Venturi el flujo desde la tubería principal en la sección 1 se hace acelerar a través de la sección angosta llamada garganta, donde disminuye la presión del fluido. Después se expande el flujo a través de la porción divergente al mismo diámetro que la tubería principal. En la pared de la tubería en la sección 1 y en la pared de la garganta, a la cual llamaremos sección 2, se encuentran ubicados ramificadores de presión. Estos se encuentran unidos a los dos lados de un manómetro diferencial de tal forma que la deflexión h es una indicación de la diferencia de presión p1 – p2. Por supuesto, pueden utilizarse otros tipos de medidores de presión diferencial.

La ecuación de la energía y la ecuación de continuidad pueden utilizarse para derivar la relación a través de la cual podemos calcular la velocidad del flujo. Utilizando las secciones 1 y 2 en la formula 2 como puntos de referencia, podemos escribir las siguientes ecuaciones:

(1)Q = A1v1 = A2v2 (2)Estas ecuaciones son válidas solamente para fluidos incomprensibles, en el caso de los líquidos. Para el flujo de gases, debemos dar especial atención a la variación del peso específico con la presión. La reducción algebraica de las ecuaciones 1 y 2 es como sigue:

Se pueden llevar a cabo dos simplificaciones en este momento. Primero, la diferencia de elevación (z1-z2) es muy pequeña, aun cuando el medidor se encuentre instalado en forma vertical. Por lo tanto, se desprecia este termino. Segundo, el termino hl es la perdida de la energía del fluido conforme este corre de la sección 1 a la sección 2.El valor hl debe determinarse en forma experimental. Pero es más conveniente modificar la ecuación (3) eliminando h1 e introduciendo un coeficiente de descarga C:

La ecuación (4) puede utilizarse para calcular la velocidad de flujo en la garganta del medidor. Sin embargo, usualmente se desea calcular la velocidad de flujo del volumen.Puesto que, tenemos:

El valor del coeficiente C depende del número de Reynolds del flujo y de la geometría real del medidor. La siguiente figura muestra una curva típica de C Vs número de Reynolds en la tubería principal.

La referencia 3 recomienda que C = 0.984 para un Tubo Vénturi fabricado o fundido con las siguientes condiciones:

TOBERA

La tobera de flujo, es un instrumento de medición que permite medir diferencial depresiones cuando la relación de los diametros, es demasiado alta para la placa orificio, estoes, cuando la velocidad del flujo es mucho mayor y las pérdidas empiezan a hacersenotorias. Luego, al instalar un medidor de este tipo se logran mediciones mucho másexactas. Además este tipo de medidores útilparafluidos con muchas partículas ensuspensión o sedimentos, su forma hidrodinámica evita que sedimentos transportados por elfluido queden adheridos a la tobera.

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Fig.9.- Tobera de flujo instalada en una tubería.

La separación del flujo en la arista afilada de la garganta de la tobera da lugar a que seforme una zona de recirculación aguas abajo de la tobera. La corriente principal del flujo seacelera aún más después de que pasa a travésde la garganta formando una seccióncontraída, y después se expande disminuyendo su velocidad para llenar todo el conducto.

En la sección contraída el área del flujo adquiere su valor mínimo, las líneas de corrientedel flujo son esencialmente rectilíneas, y en la zona transversal del canal la presión esuniforme.

Es importante tomar en cuenta que la instalación de este medidor requiere que la tuberíadonde se vaya a medir caudal, este en línea recta sin importar la orientación que esta tenga.

La tobera consiste en una entrada de forma cónica y restringida mientras que la salida es una expansión abrupta. En este caso la toma de alta presión se ubica en la tubería a 1 diámetro de la entrada aguas arriba y la toma de baja presión se

ubica en la tubería al final de la garganta.Este tipo de sensor de flujo permite flujos hasta 60% superiores a los de la placa orificio, siendo la caída de presión del orden del 30 a 80% de la presión diferencial medida. Estos instrumentos se utilizan en aplicaciones donde el fluido trae consigo sólidos en suspensión, aunque si estos son abrasivos pueden afectar la precisión del instrumento

Tobera ISA-1932

Para este tipo de toberas las tomas de presión se realizan siempre en las esquinas, de forma muy similar a las placas orificios.

El radio de circunferencia R1es igual a 0.2d +/- 0.02dpara B < 0,5 y 0,2d +/-0,006d para B >= 0,5. El centro de la circunferencia se ubica a 0,75d de la línea de eje central y a 0,2d de la cara plana de la tobera

 

   

 

   

 

Límites de uso de las normas ISO-5167 para toberas ISA-1932.     

Las normas ISO-5167 se pueden utilizar siempre que se cumplan las condiciones siguientes:

 

 

 

 La rugosidad relativa de la tubería aguas arriba debe ser inferior a los valores indicados en la siguiente tabla: 

   Coeficiente de descargase obtiene en las toberas mediante la ecuación:

 Factor de expansiónSe puede calcular con la expresión empírica siguiente:

 Esta ecuación es aplicable siempre y cuando P2 / P1 >= 0.75    

 

   

Toberas de radio largoExisten dos tipos de toberas de radio largo: 

Toberas de gran radio 0,25

   

Toberas de bajo radio 0,20

 En ambos casos la parte convergente de la tobera consiste en un cuarto de elipse.

 

 Límites de uso de las normas ISO-5167 para toberas de radio largoLas normas ISO-5167 se pueden utilizar siempre que se cumplan las condiciones siguientes: 

 Coeficiente de descargase obtiene en las toberas mediante la ecuación:

Factor de expansión

Se puede calcular con la expresión empírica siguiente:

Esta ecuación es aplicable siempre y cuando P2 / P1 >= 0.75 

Las ventajas y desventajas que se obtienen al usar una tobera son: Ventajas:Gran exactitud, del orden ± 0.9 a 1.5 %.El mantenimiento que se requiere es mínimo.Para un mismo diferencial de presión, el flujo que pasa es 1.3 veces mayor que el pasaría por una placa de orificio.Desventajas:Alto costo De 8 a 16 veces mayor que el de, una placa de orificio.Su instalación es más complicada que la de una placa de orificio.   

MEDIDORES DE CODO

Es uno de los medidores de caudal mas simple, las aberturas piezométricas en el ladointerno y externo del codo se conectan a un manómetro diferencial. Debido a la fuerzacentrífuga en la curva, la diferencia de presiones está relacionada con el caudal. Unalongitud recta de apaciguamiento debe preceder el codo, y para resultados más exactos elmedidor debería calibrarse in situ. Debido a que la mayoría de las tuberías tienen un codoeste puede utilizarse como medidor. Después de la calibración los resultados son tanconfiables como los obtenidos con los dispositivos anteriormente mencionados.

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Cuando un fluido circula por el codo de una tubería está sujeto a una aceleraciónangular. La fuerza centrífuga resultante crea una presión diferencial entre el radio interior yel radio exterior. La raíz cuadrada de esta presión

diferencial es proporcional al caudal,siendo la base fundamental de estos medidores de caudal.

En la gráfica se pueden apreciar la ubicación de las tomas de presión:

Lastomas en el codopresentanlaventajadequecomolamayoríadelasconfiguraciones de tuberías tienen codos, pueden situarse en ellos las tomas de presión.

Estopermiteunainstalacióneconómica,sinpérdidasdepresión,ysinintroducirobstrucciones en la línea. Debe ponerse especial cuidado para alinear los orificios de lastomas de presión en ambos planos. Si el codo está calibrado, su precisión puede sercomparable a la de una placa orificio.

ROTAMETRO

Este consiste en un flotador cilíndrico, más denso que el fluido, colocado dentro de un tubo cónico vertical con el área menor abajo y el área mayor arriba. Al pasar el flujo de abajo hacia arriba levanta el flotador con lo cual la posición de este será proporcional al flujo.

Para calcular la relación entre la posición del flotador y el flujo que pasa por el instrumento se aplica la ecuación de Bernoulli entre el punto 1 ubicado debajo del flotador y el punto 2 ubicado encima del flotador:

obteniendo la siguiente ecuacion para el calculo del caudal en un rotámetro: :

 

 

En esta ecuación aparece un término cuadrático entre el flujo (Q) y la posición del flotador (x), sin embargo la calibración de este instrumento es muy cercana a lo lineal ya que para valores prácticos de a y df predomina el término lineal. En la práctica los tubos no se construyen exactamente cónicos para eliminar la pequeña no linealidad que aparece.

ELEMENTOS DEL ROTAMETRO

Los principales elementos del rotámetro se ilustran en la figura siguiente, y estos son:

Tubo de medición:

Este tiene una forma de cono truncado, que por lo general se modifica ligeramente para obtener una relación lineal exacta.

El ángulo (α) del tubo suele ser pequeño del orden de los 2 a 3º, lo cual hace despreciable el factor de escala (a) en la ecuación

Casi todos los tubos de los rotámetros llevan por dentro guías que permiten que el flotador se mantenga centrado. Esto ya que un movimiento irregular no centrado del flotador puede producir errores en la medida y en todo caso una difícil lectura de su posición.

Estas guías pueden ser de dos tipos. La forma más común es el uso de canales sobre las paredes del tubo de medición con el fin de guiar al flotador por sus costados. La siguiente figura ilustra esta opción.

Otras veces el flotador está perforado y el tubo lleva una guía central en forma de un eje fino sobre el cual desliza el flotador.

De visión directa en cuyo caso el material del tubo suele ser vidrio, que puede o no resistir altas temperaturas (Pirex), o cualquier otro material transparente como acrílico. Tal es el caso del instrumento mostrado en la figura donde se ilustran las partes del rotámetro. Estos se utilizan cuando

En tuberías de pequeño diámetro (entre 3/8" y 3/4")

Donde la presión del fluido no es excesiva (máx. alrededor de 550 psi)

El fluido no es muy oscuro u opaco que dificulte la visión del flotador

El fluido fluye libremente a temperatura ordinaria

La capacidad no es excesiva

De visión indirecta, en cuyo caso el material de l tubo puede ser metálico y la medida de la posición del flotador debe hacerse conectando el flotador al exterior, ya sea para una medida directa como es el caso del rotámetro con barra de extensión (mostrado en la figura siguiente) o con cualquier otro método de transmisión. Se utilizan

Cuando hay la posibilidad de presiones pico en el fluido (líquidos), ya que de utilizarse el rotámetro de lectura directa el vidrio podría romperse

Cuando existe la posibilidad de que el vidrio se rompa por golpes o vibraciones, produciéndose una fuga en el fluido el cual es peligroso.

Cuando se requiere acoplamiento de un transmisor para generación de señales.

En función de esto los materiales más utilizados son acero inoxidable, monel y níquel. Si embargo es también posible conseguir flotadores de latón o bronce y en algunos casos de materiales compuestos. Este último sobre todo cuando se trata de medición de flujo de aire, por tener éste de baja densidad.

En los rotámetros se utilizan flotadores de formas diversas, ésta determina la influencia de los cambios de viscosidad del fluido en el comportamiento del rotámetro; puesto que el coeficiente de descarga esta influenciado por la viscosidad del fluido. Las formas más comunes son:

Flotador esférico (1): Para bajos caudales y poca precisión, con una influencia considerable de la viscosidad.

Flotador cilíndrico con borde plano (2): Para caudales medios y elevados con una influencia media de la viscosidad.

Flotador cilíndrico con borde saliente, con la cara inclinada de frente al flujo el flujo (3): Con una menor influencia de la viscosidad del fluido

Flotador cilíndrico con bordes salientes contra el flujo (4): Es el que presenta la menor influencia de la viscosidad del fluido.

La figura muestra como influye la viscosidad del fluido sobre el coeficiente de descarga del rotámetro.

diferentes tipos de flotadores

Escala

La escala puede venir grabada sobre una regla metálica la cual se monta lateralmente con el tubo de medición. O directamente sobre el propio tubo.

La escala del rotámetro es casi lineal, especialmente si el ángulo del cono es pequeño (de 2 a 3°).

Características del rotámetro

Linealidad: El flujo es proporcional al área, por lo que la escala es casi lineal, especialmente si el ángulo del cono es pequeño. Un rotámetro típico tiene una escala que se aleja de lo lineal en un 5 %.

Exactitud: Esta varía con la longitud de la escala y el grado de calibración. Es común una exactitud de ± 2% de la escala completa.

Repetibilidad: Es excelente

Capacidad: Los rotámetros son los instrumentos más comúnmente utilizados en la medición de pequeños flujos

 

   Ventajas:

-Se pueden obtener lecturas locales del flujo y en forma de señales.

-La escala es casi lineal.

-No requieren gran longitud de tubería antes y después del medidor.

-Son resistentes a fluidos corrosivos

Desventajas: 

 

Son sensibles a los cambios de viscosidad del fluido.

El tubo de virio es poco resistente.

Para rotámetros de más de 4" el costo es elevado

Rotámetros: El rotámetro es un medidor de área variable que consta de un tubo transparente que se amplia y un medidor de "flotador" (más pesado que el líquido) el cual se desplaza hacia arriba por el flujo ascendente de un fluido en la tubería. El tubo se encuentra graduado para leer directamente el caudal. La ranuras en el flotador hace que rote y, por consiguiente, que mantenga su posición central en el tubo. Entre mayor sea el caudal, mayor es

la altura que asume el flotador.