Tecnología de control de procesos e instrumentación

Modulo de aprendizaje No A89.9

Área: medición de flujo

Titulo del modulo: medidor de desplazamiento positivo

Autor: Ing. P. S. Geczy

Proyectos y experimentos aplicados a laboratorio:

Esto no es conveniente experimentar en laboratorio con este modulo, solo será tratado para lectura.

8.9.1 – medidor de desplazamiento positivo – Lectura.

Control de procesos e instrumentación sistema entrenadorModulo A8.9.1

Tema A8.9.1 medidor de desplazamiento positivo

Introducción:Los medidores de desplazamiento positivo son una categoría de dispositivos que mide el total volumen de flujo de un liquido o gas, no la velocidad del flujo. Este tema describirá los tipos de variaciones encontradas en la industria y sus limitaciones.

Objetivo de desempeño:UN complementación de este laboratorio, el estudiante conocerá y entenderá la operación de las continuas mediciones de desplazamiento positivo;

Liquido: disco nutativo, aspa rotativa, pistón oscilante, pistón alternativo, lóbulo rotativo y ciclo de seis fases.Gas: desplazamiento de agua, medidor tipo campana, fuelle de cuatro camaras, impulsor lobulado.

El estudiante también conocerá las limitaciones industriales y principales aéreas de aplicación.

Referencia:1. Paquete de aprendizaje F12-77 instrumentación industrial.

Procedimiento:1. Leer toda la Ref 1.2. Realizar todas las evaluaciones.3. Si dispone de del instructor, obtenga ejemplos de mediciones de desplazamiento

positivo, examine y compare las descripciones en la Ref 1.

Control de procesos e instrumentación sistema entrenadorModulo A8.9.1

Pruebas de rendimiento:

1. Realizar pruebas de rendimiento.

M E D I D O R D E D E S P L A Z A M I E N T O P O S I T I V O

F12-77

Ing. Steven Geczy

Colegio Mohowk de Artes aplicadas y tecnologíaHamiton, Ontario.

Este material fue escrito por el ministerio de la universidad y colegio de Ontario para el uso del Colegio de Artes aplicado y tecnología de Ontario y no debe ser reproducido sin el permiso escrito del Ministerio.

Publicado por:

El bibliocentro,División del Centenario Colegio de Artes aplicadas y tecnologíaCamino railside 20,Don Mills, OntarioCanadaM3A 1A4

Teléfono: (416) 447-5137Telex: 06-966764

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MEDIDOR DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO

Objetivos:

a. Describir la construcción y características de las continuas mediciones de desplazamiento positiva de líquidos:Disco nutativoVeleta rotativaPistón oscilantePistón reciprocoLóbulo rotativoCiclo de seis fases

b. Describir la construcción y características de las continuas mediciones de desplazamiento positiva para los gases:Desplazamiento de aguaMedidor tipo campanaFuelle de cuatro cámarasImpulsor lobulado

c. Describe el uso del contador pre-establecido.

Bibliografía:

a. Manual de ingeniería en instrumentación, B. Liptak, editorial Chilton, 1969 (volumen 1).

b. Flujo, su medición y control Vol. 1, Metodos volumétricos (pagina 661), Sociedad de Instrumentistas Americanos (impresión 1974).

CONTENIDO

1. Introducción…………………………………………………………………………………………………………………

2. Medidor de desplazamiento positivo para líquidos…………………………………………………….2.1 Disco nutativo……………………………………………………………………………………………………….2.2 Veleta rotativa………………………………………………………………………………………………………2.3 Pistón oscilante……………………………………………………………………………………………………..2.4 Pistón reciproco……………………………………………………………………………………………………2.5 Lóbulo rotativo……………………………………………………………………………………………………...2.6 Ciclo de seis fases………………………………………………………………………………………………….

3. Medidor de desplazamiento positivo para gases…………………………………………………………3.1 Desplazamiento de agua……………………………………………………………………………………….3.2 Medidor tipo campana………………………………………………………………………………………….3.3 Fuelle de cuatro cámaras……………………………………………………………………………………..3.4 Impulsor lobulado………………………………………………………………………………………………..

4. Contador Pre-establecido…………………………………………………………………………………………….

Autoevaluación…………………………………………………………………………………………………………………..

Prueba de rendimiento…………………………………………………………………………………………………….

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INTRODUCCIÓN

La medición de desplazamiento positivo usa un espacio volumen conocido el cual es llenado moderadamente con líquido o gas. En el mas simple caso es mediante “un disparo”, como la medida de una taza usada en la cocina. Para el control tipo batch, “un disparo” es el tipo de medición que sigue siendo utilizado para el llenado, a su vez, vaciado un recipiente del llenado con un volumen conocido con el aditivo requerido.

En la mayoría de los casos la medición debe ser continua. Esto es conseguido por dispositivos los cuales contengan unas o varias cámaras de tamaño exacto las cuales son llenadas y vaciadas a su vez, sin detenerse. Hay una serie de todos estos dispositivos y hay muchas buenas soluciones para los problemas.

Ya que no mucho para enlazar estos diseños juntos, se describirán en capítulos independientes. Hay unas cuantas características generales, aunque, son compartidas por todos o mas para la medición de desplazamiento positivo.

La medición de desplazamiento positivo tiene partes móviles. Estas partes son movidas por lo el mismo flujo del fluido, es decir, la medición del desplazamiento positivo no necesita alimentación externa para funcionar. La energía es tomada del líquido que causa una caída de presión del fluido medido.

Dispositivos de alimentación externa, donde la velocidad del flujo depende de la señal de control de entrada, son similares en su construcción en muchos casos, pero pertenecen a la categoría de elementos de control de señal, y son estudiados en el paquete de aprendizaje C41. La mayoría de medidores de desplazamiento positivo son usados para velocidades de flujo bajos, aunque algunos modelos son clasificados de hasta 20,000 GPM (100m3/min). La salida de un medidor de desplazamiento positivo es derivado de un eje rotativo a otro tipo de contador mecánico reciproco. Aunque el movimiento mecánico se puede convertir fácilmente en cualquier para tipo local de medidor totalizador, donde todo lo que se requiere es la incorporación de un contador calibrado al cuerpo del medidor.

Si solo el totalizador es requerido (con o sin contador pre-establecido esto puede ser obtenido sin necesidad de una fuente (eléctrica o neumática), la cual es una ventaja donde el suministro no esta disponible).

Medidores de desplazamiento positivo tiene partes móviles, las cuales de hecho son desventajas. Es necesario que haya mantenimiento programad (lubricación, sello del eje, chequeo, limpieza, etc.), e incluso con un correcto mantenimiento la incidencia de averías y errores de lectura es mayor que con muchos otros flujómetros. La precisión debe ser teóricamente, de muy alto acuerdo, pero para mantener una precisión alta en práctica es difícil.

Consecuentemente, los medidores de desplazamiento positivo deben ser considerados si la totalidad del requerimiento es de la velocidad del flujo, es pequeña a moderada, prácticamente donde la fuente de energía es un problema, si el experto esta disponible.

Algunos modelos requieren más pérdida de presión que otros pero su operación, pero es difícil hacer una lista relativa o propuesta actual de perdida de presión, depende del estado del medidor. Medidor de desplazamiento de agua en buenas condiciones produce menos de 1’’ de agua de presión. Uno de los problemas del medidor de desplazamiento positivo es que la ausencia de mantenimiento de partes móviles puede causar una mayor permisibilidad de pérdida e presión.

2. MEDIDOR DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO PARA LÍQUIDOS

2.1 Disco nutativo

Fig. 1 muestra la construcción de un instrumento de medición para líquidos tipo disco nutativo. El disco, el cual esta radialmente encajado, esta montado en una bola. El movimiento nutativo es una rotación alrededor de un eje el cual esta inclinado, y en torno al cual gira, es la forma de un trompo “dormilón”.

Una extensión de la bola alcanza la cámara superior. Hay un pequeño engrane en la parte superior de la extensión que coincide con el engranaje de arrastre del contador totalizador.

La ventaja del medidor de disco nutativo es simplemente relativo, solo hay una parte en movimiento. (Sin contar el totalizador). La gran área de contacto de la bola hace el asamblea suave.

Desde el empaque es menos posible, la precisión de el medidor de disco nutativo es alrededor de 2%. Este tipo de medidor es extensamente usado para la medición del consumo de agua en el hogar y otros para

Aplicaciones comerciales. El cuerpo del medidor es de bronce con unas partes de acero inoxidable en la zona soldada.

2.2 Medidor de aspa rotativa

Un medidor de aspa rotatoria se muestra en la fig. 2. Las aspas se deslizan

Libremente en sus ranuras y son el resorte para mantener el contacto positivo.la rotación del tambor ranurado son medidas y totalizadas. El medidor de aspas rotatorias requiere una manufactura cuidadosa, para el cierre del sello hermético mientras milita la fricción, la superficie debe estar lisa, la tolerancia estrecha. De hecho aumenta su precio por encima del medidor de tipo disco nutativo, pero la medición es en realidad “positiva”, mejor del 0.1%. Este tipo de medidor es construido en todos los tamaños (arriba de 100m3/min), y puede ser usado para líquidos viscosos de igual manera.

La carcasa esta hecha de de acero y hierro fundido (unidades grandes) o bronce (unidades mas pequeñas).

Las partes internas son manufacturadas de bronce o acero inoxidable. Las aspas están hechas especialmente con un material de baja fricción (carbón o compuesto).

El medidor debe ser usado con fluidos limpios y regular mantenimiento (limpieza) obligatoria.

2.3 Pistón oscilante

El pistón oscilante es un cilindro circular girando en una cámara (fig. 3).Para separar el área de entrada y salida, una

placa divisora se inserta. Para el acomodo de la placa, el cilindro rotatorio tiene una ranura. La ranura mueve solo la división de la placa cuando sale rotando el eje, el cual de el cilindro un movimiento oscilante peculiar.

El uso del medidor de pistón oscilante paralelamente al de tipo de disco nutativo. Precisión, el precio y el uso es similar a este modelo así como una pequeña fuga alrededor del sello.

2.4 Pistón reciproco

El diseño de un medidor de pistón reciproco es la versión liquida de una maquina de vapor.

(La gran diferencia entre la maquina de vapor y de liquido es que la maquina de liquido tiene un tiempo de llenado del 100%, la maquina de vapor ajustable de 2 – 80% del tiempo de llenado para permitir la expansión del vapor y la recuperación de una parte de la energía térmica en el de vapor. El pistón es conectado a una parte de gobierno a partes gobernantes. Hay muchas soluciones interesantes usando el disco deslizante, pistones, cámaras, etc. Para gobernar. No hay potencia de despegue, el contador puede estar unido a alguna parte del

instrumento que tiene un movimiento, aunque en la mayoría de los casos esta restringido a partes que tiene movimientos alternativos lineales, que hay que convertirse en un movimiento a contar carreras.)

El medidor de pistón reciproco es preciso (hasta 0.2% de precisión), y puede ser construido en cualquier tamaño. La multitud de partes móviles y la necesidad de tolerancias finas se creo este tipo de medidor bastante caro, para operación libre de problemas, el mantenimiento regular tiene que ser proporcionado.

El viejo medidor tipo “maquina de vapor” todavía es usado en la industria petrolera, aunque los recortes de precios en su popularidad.

Un tipo similar es el modelo después del motor hidráulico. La construcción es muy similar, la única diferencia es que la toma de es menos brusco (poco poder es transmitido a el contador). Fig. 4 muestra el diseño de un medidor tipo pistón. Como la fig. que se muestra, es complicado su diseño, por lo tanto es caro, y el movimiento mecánico usa demasiada energía, causando una mayor caída de presión en el liquido que cualquier otro tipo de medidor. Por otra parte, la precisión de este medidor es mejor que del tipo pistón reciproco (hacia 0.1%).

2.5 Lóbulo rotativo

El medidor de lóbulo rotativo esta construido similarmente a una raíz de ventilador, o una bomba de engranaje donde el engranaje que emparejan tiene solo 2 dientes cada uno (llamados lóbulos en el medidor, que son parte del impulsor). Ya que con solo dos lóbulos, uno puede rotar el otro, el engranaje externo debe sincronizar su movimiento. Fig. 5 se muestra ejemplo del medidor de lóbulo rotatorio. El diseño difiere principalmente en la forma en que los lóbulos están construidos.

Fig. 5a muestra lóbulos “abultados, fig. 5b muestra en forma ovalado,(la diferencia en la construcción viene de el radio del tamaño del impulsor de la distancia entre el centro del impulsor. Es largo este radio para el diseño en la fig. 5ª. Este diseño permite entregar más por revolución, pero más para la manufactura).

El contador totalizador esta impulsado por cualquier eje impulsor.

El medidor de lóbulos rotatorio esta construido de 2 a 24 pulgadas (5 a 60cm) de tamaño. Son relativamente simples, trabajando con una cantidad mínima de mantenimiento y supervisión.

Ya son estrechas las tolerancias puede conducir a la puntuación y la incautación. Unidades practicas tiene un desliz que reduce la precisión en tamaños mas pequeños de unos 0.5%. la precisión incrementa con el tamaño.

Evitar errores por minimización de deslizamiento, un pequeño motor puede ser arreglado para el impulsor y la fuente del gobernante por la perdida de precio que atraviesa el medidor manteniéndola en cero (o mínimo), el desliz y la fricción será muy pequeña.

Los materiales son seleccionados de acuerdo al servicio. Medidor de lóbulo rotativo son usados para líquidos corrosivos.

2.6 Ciclo de seis fases

El medidor “ciclo de seis fases” es parecido al tipo de lóbulo rotatorio en construcción y modo de funcionamiento, pero este tiene 3 ejes. Un eje que lleva un impulsor simétrico, los otros dos ejes se mueve uno a otro. El primer impulsor rotativo con el doble de velocidad que el segundo lóbulo. La Fig. 6a explica su operación. El tercer impulsor rotativo comparado a los otros dos gira en dirección opuesta.

Las características y precisión son similares al medidor de lóbulo rotativo, excepto para unidades pequeñas, donde un sello especial puede reducir el deslizamiento y así incrementa su precisión. Esto naturalmente, resulta también en un precio mayor, pero este tipo de medidor de muy buen servicio, más pequeño flujos de líquidos corrosivos.

3. MEDIDOR DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO PARA GAS

3.1 Medidor de desplazamiento de agua

La mayoría de tipos de medidores de desplazamiento para líquidos es aplicable también para gas, pero hay dos cuestiones a considerar: primero la perdida de presión. Ya que el fluido proporciona la energía para manipular el medidor, el medidor en la línea inevitablemente produce una caída de presión. Esta perdida de presión puede ser mas un problema para los gases, ya que en algunas instancias, tales como en la distribución de gas combustible de uso domestico y comercial, la línea de presión es baja al inicio (requiere regulación), y no hay pérdida de presión. El otro hecho es que el líquido ofrece una baja fricción positiva en el sellado de baja presión de gases, usando líquido para que selle, será mas barato su manufactura (no requiere tolerancias finas) y mantiene una alta precisión.

Por estas razones el sello es de tipo liquido, que es oficialmente llamado el medidor de “desplazamiento de agua” es el mas extensamente usado para baja y media presión.

Fig. 7 muestra el diseño del medidor de desplazamiento de agua. El

Gas viene en medio, y se desplaza por encima de la cámara de agua. Esto eleva la cámara del líquido sellado y eventualmente conectara la cámara que esta llena de gas. Este continuo movimiento requiere muy poca energía.

La precisión de este medio es aproximadamente de 0.5%, pero no toma en cuenta las variaciones de presión y temperatura del gas. (Pero luego, todos los otros tipo de medidores de gas deben estar conectados a presión y temperatura se las condiciones ambientales cambian).

La limitación de este tipo de medidor es la limpieza del gas. Si el gas esta muy sucio (no puede absorber agua), el nivel de agua tiene que mantener la fuente. Por otro lado, el gas no es problema, un desbordamiento puede eliminar el liquido adicional. Este no puede ser usado por de bajo del punto de congelación del liquido sellador. Este tipo de medidor mas usualmente usado de todos los tipos de medidores totalizados de gas.

3.2 Medidor tipo campana

El medidor tipo campana es una campana invertida en un recipiente lleno de líquido usado para la calibración de medidores pequeños de flujo de gas. Es el equivalente de un simple recipiente usado para la medición del flujo de un líquido para la medición del peso total o volumen total.

La construcción del medidor tipo campana es mas complicado, aunque, ya que es necesario mantener la presión del gas establecido en la campana. Esto se logra con el contra peso de la campana. Para la calibración, la campana es llenada con un volumen conocido de gas y el gas es después llevado atreves del medidor para ser calibrado. La campana tiene una preciso cuerpo cilíndrico, mediciones parciales pueden ser tomadas y la velocidad del flujo puede ser calculada (si se requiere) con ayuda de un cronometro. Para la calibración totalizada, solo el contador final del conteo del medidor de prueba, que tiene que estar idéntico a la cantidad almacenada de gas inicialmente en la campana. La

Precisión de este tipo de medidor de laboratorio depende de su construcción y si pre-calibración, pero una precisión mejor a 0.1% puede ser conseguido.

3.3 Fuelle de cuatro cámaras

Este medidor (también, similar variación por una, el medidor de tres cámaras) es equivalente al medidor de pistón oscilador descrito en la sección de líquidos con la diferencia, que el diafragma de goma flexible y los tubos son usados en lugar de un pistón o cilindro rígido. El gas entrante es dirigido por una válvula deslizable en una cámara y hace esta cámara expandirse. La expansión mueve el control que vincula el conectarse a esta cámara de escape la siguiente cámara es la entrada. Ya que afuera de la cámara flexible es también usada para agregar la cuarta cámara al ciclo.

El medidor es mucho más complicado que el de tipo de líquido sellado, y el movimiento del mecanismo de control resulta en una mayor perdida de presión a través del medidor. Este modelo tiene ventaja, aunque, en aplicación, donde la presencia de un sellador liquido, es, pro alguna razón, objecionable. Un dibujo de este medidor puede ser encontrada en la referencia (a) (manual de ingeniería instrumental, vol. 1) pagina 540.

3.4 Impulsor rotativo

El medidor tipo impulsor rotativo se describe en capitulo 2.5 para líquidos también puede ser usado para gas (Fig. 5ª y 5b). Estos medidores tienen baja pérdida de presión y son construidos para altas capacidades, pero tiene la desventaja en comparación con el medidor que sirve para líquidos con fuga de flujo, es más significativo. Estos tipos de medidores fueron desarrollados primero por Connersville, y son a veces llamados medidores “Connersville”.

Para conseguir el menor a 1% de precisión el medidor debe ser operado encima del 10% de la velocidad máxima del flujo.

Velocidad de flujo relativamente alta implica velocidades altas de rotación, que hace que el medidor de tipo impulsador rotatorio sea sensible a la suciedad, e impurezas. El mantenimiento regular es importante con este tipo de medidor.

4. CONTADOR PRE-ESTABLECIDO

Una adición útil para un medidor de tipo totalizador es el contador pre-establecido. El contador pre-establecido es un contador el cual puede ser mecánicamente ajustado digito por digito.

En operación, el contador gira en sentido descendente. Tan pronto como cero sea alcanzado, un dispositivo señalador esta operando para el contador.

Para el contador mecánico, hay un deslizamiento de embrague anulador en el número para permitir el ajuste. En algunos modelos el eje trasero actuando con el (pequeño) engrane es levantado para el ajuste.

Para contadores de display electrónico la total intensión es configurarlo por medio de interruptores de rueda. Este número es repetido en el display cuando la actual medición comienza. La configuración independiente tiene su ventaja en comparación del número pre-configurado que es guardar para referencia.

Algunos modelos mecánicos tienen un numero duplicador igual, para preservar la figura del dialogo. Muchos contadores tienen un contador paralelo independiente totalizador para el tipo de restablecer. Los dos contadores están lado por lado, manipulador por el mismo eje.

El contador electrónico usa magnetismo o interruptores de proximidad para el conteo. El contador puede ser idéntico al numero de rotaciones del eje o un múltiplo entero de el. Si, por razones de calibración, la mejor solución es usa el mecanismo del engrane que esta en medio del eje de salida y el contador del eje.

AUTOEVALUACIÓN

La naturaleza de es esta información en este paquete requiere diferentes métodos de evaluación. Cada pregunta se te pedirá que describas uno de los dispositivos de medición en el texto que el estudiante hará con o sin ayuda de un dibujo. Las respuestas del auto texto no serán dadas, ya que la respuesta es la descripción dada en el libro.

Para checar el conocimiento correctamente, el estudiante debe intentar responder la autoevaluación sin ayuda de la guía.

Describe la operación, menciona las principales áreas de aplicación, y el nombre preciso de

los flujómetros de desplazamiento positivo:

1. Aspa rotativa2. Pistón reciproco3. Lóbulo rotativo4. Calibrador tipo campana5. Fuelle de cuatro cámaras

MEDIDORES DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO

PRUEBA DE RENDIMIENTO

Nombre:___________________________________________ Fecha:____________________

Describa la operación, mencione las principales áreas de aplicación, y la precisión de los siguientes medidores de desplazamiento positivo:

1. Disco nutativo2. Pistón oscilante3. Ciclo de seis fases4. Desplazamiento de agua5. Lóbulo impulsador (para gas)