ingeniería aeroespacial - mecánica de fluidos

Un caudalímetro es un instrumento de medida para la medición de caudal o gasto volumétrico de un fluido o para la medición del gasto másico. Estos aparatos suelen colocarse en línea con la tubería que transporta el fluido. También suelen llamarse medidores de caudal, medidores de flujo o flujómetros.- ................................................:http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Especial:Libro&bookcmd=download&collection_id=66cc639f69142134f4b57f611919833df2aad101&writer=rdf2latex&return_to=Caudal%C3%ADmetro

¿Qué es un caudalímetro?

Un caudalímetro es un dispositivo que se utiliza para medir el caudal o la cantidad de un gas o líquido. Las aplicaciones de medición de caudal son muy diversas. Considere los siguientes ejemplos: flujo de agua a través de un canal abierto, pérdida de válvula hidráulica, y medición de combustible a través de un inyector de combustible. Si bien se usan muchas tecnologías distintas para medir el caudal, el caudalímetro con desplazamiento positivo es único porque mide directamente el volumen real. Todos los demás tipos infieren el caudal realizando otro tipo de medición e igualándola con el caudal. Los caudalímetros se conocen por muchos nombres, como flujómetro, indicador de flujo, medidor de líquido, etc., según la industria. No obstante, la función de medición de caudal es siempre la misma.

¿Por qué necesito un caudalímetro de precisión?

Es posible que no lo necesite. Los caudalímetros de precisión se usan para ofrecer un monitoreo y/o control de caudal exacto. Algunas aplicaciones industriales requieren un cálculo preciso de cantidad, por ejemplo en el desarrollo de válvulas servo de precisión para la industria aeroespacial. Una aplicación para medir el caudal de agua a un viñedo puede requerir una exactitud de medición de apenas el 5% al 10%.

¿Cuáles son los distintos tipos de caudalímetros?

Con desplazamiento positivo (también conocido como caudalímetro volumétrico o PD)
La señal de salida está directamente relacionada con el volumen que pasa por el medidor.
Pueden ser del tipo con dos rotores (engranajes rectos, engranajes ovales, engranajes helicoidales), de disco nutante, de pistón alternativo, o de pistón oscilante o giratorio.

De masa

La señal de salida está directamente relacionada con la masa que pasa por el medidor.

Los caudalímetros térmicos y Coriolis entran en esta categoría.

De velocidad
La señal de salida está directamente relacionada con la velocidad que pasa por el medidor.
Electromagnético
Ultrasónico
Turbina, impulsor, y rueda de paletas o rueda de Pelton
Protección contra torbellinos y sonar
Objetivo y paleta
Área variable y rotámetro
Placa de orificios, canal abierto, boquilla de flujo, laminar, Venturi y tubo Pitot

¿Qué tipo de caudalímetro es el mejor?

No existe un caudalímetro “universal” que sea adecuado para todas las aplicaciones. Para poder seleccionar la tecnología apropiada para su aplicación, se debe escribir una especificación de caudal que incluya el uso del medidor. Cada tipo presenta ventajas y desventajas, por lo que es importante conocer las especificaciones críticas.

Los siguientes son los factores que debe conocer:

• ¿Qué gas o líquido se medirá?
• Caudales mínimos y máximos.
• ¿Cuáles son los requisitos de precisión?
• Temperatura y viscosidad del fluido.
• Compatibilidad del fluido con los materiales de construcción.
• Presión máxima en el lugar.
• ¿Cuál es la reducción de presión permitida?
• ¿El medidor se montará en un lugar peligroso?
• ¿El flujo del fluido es continuo o intermitente?
• ¿Qué tipo de señal de salida o lectura necesita?

Esta lista se debe usar para descartar las tecnologías que no corresponden (por ejemplo, las turbinas no funcionan con fluidos viscosos, y los caudalímetros Coriolis no tienen una respuesta lo suficientemente rápida para el flujo por inyección). Luego podrá comparar las tecnologías restantes que corresponden a su aplicación. Los medidores precisos tienen precios acordes a sus capacidades. Lo mejor es identificar el tipo de medidor adecuado para su aplicación antes de resignar características por ahorro de costos. Evalúe en profundidad sus condiciones extremas, como bajos caudales, alta presión o alta temperatura, o la necesidad de medir a lo largo de un rango operativo amplio. Si estas condiciones son importantes, no se deje tentar por alternativas de menor precio que se aplicarían fuera de sus capacidades.

¿Cuánto cuesta un caudalímetro de Max Machinery?

El precio de un caudalímetro con desplazamiento positivo Max dependerá del tamaño de la tubería o la línea que se mida. Las distintas opciones de salida y otros factores de la especificación del caudal son exclusivos de cada pedido. En la siguiente tabla se indican los precios generales.

Todos los medidores Max vienen con una calibración rastreable por el NIST que abarca todo el rango de 100:1.
Exactitudes verificables mejores que el 0,3% de la lectura.

Para información de precios más exacta según sus necesidades específicas, comuníquese con nosotros.

¿Por qué debería elegir un caudalímetro Max para mi aplicación?

La mayor concentración de fabricantes de caudalímetros cae en las categorías de desplazamiento positivo, turbina, Coriolis, masa y masa térmica. Cada tecnología tiene sus pro y sus contra, pero las siguientes son las principales ventajas que disfrutará con Max:

• Un rango operativo más amplio que cualquier otra tecnología, incluso caudalímetros con desplazamiento positivo
• La capacidad de medir caudales tan bajos como 0,5 cc/min, lo que es comparable con medidores de masa térmica, pero mucho mejor que medidores de turbina, Coriolis u otros con desplazamiento positivo
• Informa con precisión el caudal de flujos por inyección intermitente, mientras que los medidores Coriolis, de turbina y de masa térmica no pueden

Consulte las comparaciones de tecnologías que se ofrecen junto a las descripciones de medidores en las páginas de productos en el sitio web.

Instalación y uso

Ofrecemos asesoramiento técnico gratuito durante toda la vida de su caudalímetro Max. Nos comprometemos a ofrecer a nuestros clientes la información que necesitan para una instalación fácil y exitosa.

Vida útil de Max

Fabricamos nuestros caudalímetros de modo que duren mucho tiempo. Es muy posible que el caudalímetro Max que está utilizando haya estado instalado y funcionando correctamente durante 15 años, 20 años o más. Esto significa que cuando sea hora de reemplazar su sistema, el modelo exacto que tiene probablemente se haya actualizado. Entonces, no solo adquirirá otro sensor de caudal confiable, sino que también obtendrá todos los avances de metalurgia y recubrimientos, y las últimas mejoras en electrónica. Cuando necesite otro medidor, pregunte por las mejoras que se han producido en la actualización de su diseño antiguo al último modelo.

¿Cuáles son algunas de las aplicaciones más comunes de los caudalímetros Max?

Aprovechando las fortalezas inherentes de los caudalímetros PD, los medidores Max se suelen especificar para medición de flujo intermitente, como inyección de odorizante en gas natural, o inyección de aditivos de anticorrosivos en las tuberías.

Nuestras capacidades de bajo caudal son la clave para medir combustible en todo tipo de aplicación desde grandes motores diésel hasta inyectores de combustible simples en motores con inyección directa de gasolina.

Dado que los medidores Max no son sensibles a cambios en la viscosidad del fluido, las aplicaciones de alta viscosidad como asfalto, alquitrán, adhesivos termofusibles y siliconas se miden con exactitud sin compensar las propiedades cambiantes del fluido.

La cavitación o aspiraciones en vacío es un efecto hidrodinámico que se produce cuando el agua o cualquier otro fluido en estado líquido pasa a gran velocidad por una arista afilada, produciendo una descompresión del fluido debido a la conservación de la constante de Bernoulli. Puede ocurrir que se alcance la presión de vapor del líquido de tal forma que las moléculas que lo componen cambian inmediatamente a estado de vapor, formándose burbujas o, más correctamente, cavidades. Las burbujas formadas viajan a zonas de mayor presión e implosionan (el vapor regresa al estado líquido de manera súbita, «aplastándose» bruscamente las burbujas) produciendo una estela de gas y un arranque de metal de la superficie en la que origina este fenómeno.- ....................................:http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Especial:Libro&bookcmd=download&collection_id=cf3d23bfcd6dc03c694cb63de6abc737be6d644f&writer=rdf2latex&return_to=Cavitaci%C3%B3n

Detectar una posible cavitación en bombas, accesorios o válvulas no resulta algo complejo.  A modo de comparación, el ruido que produce se asemeja a un martillo golpeando una pieza de metal. Sin embargo, los daños que produce en las piezas contemplan un 'amplio abanico de posibilidades': desde unas ligeras picaduras en el rodete a una agresión completa por todo el álabe. Su corrección, una vez descubierta, también es posible.

“Cavitación o formación de burbujas de vapor o de gas en el seno de un líquido, causada por las variaciones que éste experimenta en su presión”. Así, define el diccionario esta problemática que se produce cuando las burbujas se colapsan y aparecen unas oquedades o picaduras en la superficie del metal en contacto con el líquido. Existen dos formas para que un líquido hierva. La primera consiste en calentarlo hasta que alcance su punto de ebullición (100 °C para agua). La segunda se limita  a reducir la presión a la que se somete dicho líquido, hasta que éste entre en ebullición a temperatura ambiente. En ambos casos, el líquido hierve a una presión de vapor relativa a una temperatura. En el interior de una bomba, se crean vacíos o zonas de presión negativas. Si estos vacíos exceden la presión de vapor del líquido a bombear, se forman burbujas de vapor que se desplazan por el sistema hasta implosionar, si existe una presión local suficientemente alta. Cuando las burbujas se colapsan, la implosión puede superar los 6.900 bar. En el caso que la implosión se produzca cerca de una zona metálica, esta atacará su superficie con una picadura minúscula.

Zonas de la bomba donde se produce la cavitación.

Definiciones

Presión atmosférica: en condiciones normales y al nivel del mar, su valor es de 10,33 metros de columna de agua (m.c.a.); 760 mm de columna de mercurio (mm de Hg); 1.013,25 hPa; 1 atm o bien, 1,01 bar.

Temperatura ambiente: la temperatura del emplazamiento de bombeo en un momento dado.

Presión de vapor: presión a la que un líquido empieza a evaporarse. Depende de la temperatura del líquido.

Implosión: colapso de una burbuja cuya presión interior es menor que la externa.

Factores que influyen en la cavitación

En una bomba coexisten dos zonas donde se puede producir el fenómeno de la cavitación. La primera, (de aspiración) tiene lugar en el ojo del rodete cuando existe demasiado vacío que excede la presión del vapor del líquido bombeado. El líquido hierve y se separa del resto. Las bolsas de vacío aparecen en el centro del impulsor, la zona de más baja presión, y se desplazan hasta su implosión o colapso. Este tipo de cavitación la causa una altura de aspiración excesiva o bien, que el NPSHD de la instalación sea insuficiente, debido al aumento de la pérdida de carga en la succión de la bomba (obstrucciones parciales). La bomba no provoca ambas situaciones sino su entorno (instalación / aplicación). La segunda, (de impulsión) surge en la tajamar de la voluta cuando la altura de descarga es demasiado alta, desplazando el punto de trabajo hacia la izquierda y fuera de la curva de funcionamiento.

Efectos de ambos tipos de cavitación.

La cavitación se localiza entre el extremo del álabe del rodete y donde acaba la envolvente del cuerpo o tajamar. El líquido se ‘estira’ debido al bajo caudal y a la alta presión diferencial en ambos lados de la tajamar. Al paso de los álabes, se forman y colapsan burbujas, de manera continua. Entre un álabe y el siguiente, aparecen burbujas que permanecen en la tajamar hasta que las alcanza el siguiente álave. En ese momento, se crea una presión suficiente que hace posible la implosión de la burbuja en el extremo del álave. En la parte posterior del mismo, ya se ha formado una nueva burbuja que se sitúa ahí hasta que implosiona en el siguiente álabe.

Principales perjuicios y daños que produce la cavitación 

Cuando se habla de cavitación, válvulas y otros accesorios pueden experimentar los mismos efectos perjudiciales que una bomba. Si una válvula tiene su admisión parcialmente cerrada, probablemente cavitará y se deteriorará de la misma forma que lo haría un impulsor y la placa de desgaste de una bomba cuya aspiración estuviera obstruida. En la cavitación de aspiración, los daños abarcan desde unas pocas picaduras localizadas en el ojo del rodete hasta una rotura total del impulsor y destrucción de la placa de desgaste. En la mayoría de casos, el deterioro se reduce a picaduras en el rodete y en la placa de desgaste. A veces, el desperfecto se describe como si fuera un queso suizo o se hubiera ametrallado el rodete. En general, el daño provocado por una cavitación de aspiración se limita a estas dos piezas. Por su parte, la cavitación en la tajamar de la carcasa (o de impulsión) es, con diferencia, mucho más destructiva que la anterior. En este caso, aparecen las picaduras características en el extremo de los álabes y su parte anterior. Si la cavitación es suficientemente severa, el ataque avanza por todo el álabe.

En cuanto a las carcasas de volutas simples, debido a la no compensación de la alta presión, el eje aumenta su deflexión a medida que la altura de bombeo es más alta. Gorman – Rupp diseña los ejes de sus bombas para que admitan esta deflexión en el rango de trabajo de la curva de funcionamiento. Sin embargo, si la altura de bombeo es suficientemente elevada como para que el punto de trabajo se sitúe a la izquierda de la curva característica, entonces se producirá la cavitación de impulsión que reducirá la vida útil del rodete. La deflexión del eje podría generar fatiga y su propia rotura; los rodamientos se podrían deteriorar por sobreesfuerzo y, además, se podría perjudicar el cierre mecánico.

Efectos de la cavitación de impulsión.

Consejos para detectar la cavitación

Cuando una bomba cavita, se percibe un ruido característico que recuerda un martillo golpeando una pieza de metal. También se asemeja al impacto constante de piedras en el interior de la bomba. La manera más precisa para detectar la cavitación es la toma de lecturas de presión en la aspiración e impulsión de la bomba, así como la medición exacta de la velocidad de trabajo de la bomba. Con esta información, se consulta la curva característica de la bomba y se determina dónde está trabajando. Si se sospecha que la bomba padece una cavitación de aspiración la lectura de presión en la brida de succión indicará un nivel de vacío importante o, posiblemente, se deba revisar el cálculo del NPSH. Evidentemente, si se abre la bomba y en el rodete se descubre alguna agresión similar a las descritas, la cavitación ya no es una sospecha sino una realidad.

La cavitación se puede corregir 

El proceso de corrección de la cavitación es sencillo, si se conoce la causa del problema. La cavitación de impulsión u operación demasiado a la izquierda de la curva característica implica dos posibilidades. Por un lado, reducir la altura de bombeo. Por el otro, aumentar el caudal de trabajo para que la bomba ‘entre’ en la curva. En ocasiones, aumentar la velocidad puede ayudar aunque se debe conocer la curva de la instalación, antes de tomar cualquier decisión. La cavitación en la aspiración se puede deber a algún cuerpo extraño que obstruya la tubería de succión de la bomba o bien, a la altura de aspiración: demasiado alta por lo que el NPSHD es inferior al NPSHR de la bomba. Un vacuómetro instalado en la brida de aspiración solamente indicará que el vacío es elevado pero no su causa. Cuando se detecta un atasco en la tubería de aspiración, se debe limpiar lo antes posible. No hay que inyectar aire comprimido, ya que lo devolvería al depósito y se podría aspirar de nuevo. Si la altura de aspiración es excesivamente alta, acerque la bomba a la superficie del líquido o cambie la consigna de nivel del pozo de bombeo.

Representación de ambas curvas de cavitación.