tesis_uam/Medidor ultrasonico_UAM5046.pdf - Cedip

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PROYECTO TERMINAL
TTILIZACI~N Y CARACTERIZACI~N DEL
MEDIDOR DE FLUJOS ULTRAS~NICO EN
AUDITORÍAS ENERGÉTICAS”
ALEJANDRO BURGOS GODÍNEZ
LICENCIATURA: INGENIERÍA EN ENERGÍA
ASESOR: DR. JUAN JOSÉ AMBRÍZ GARCÍA
UNIVERSIDAD AUT~NOMA METROPOLITANA
IZTAPALAPA
ABRIL 1997

Objetivos
Introducción
Capítulo 1
Nociones generales de fluidos
Flujo viscoso o laminar
flujo turbulento
ÍNDICE
Capítulo 2
Elementos básicos de un diagnóstico energético y
la medición en el mismo
Capítulo 3
Principios físicos del ultrasonido, transductores y
equipo electrónico del medidor
Capítulo 4
Descripción del medidor ultrasónico de flujos
Capítulo 5
Características para elegir un medidor ultrasónico
de flujos para auditorias energéticas
Capítulo 6
Ventajas y desventajas del medidor ultrasónico de
flujos frente a otros sistemas de medición de flujos
38
Capítulo 7
Resumen de las principales características de los
diferentes sistemas de medición de flujos
Medidores de velocidad
Medidores de carga
Medidores de área
Medidor de flujo ultrasónico
1
2
5
7
8
10
17
27
33
42
45
51
59
70

Conclusiones 73
Bibliografia
Anexo
Sección 1
Sección 2
Medidor de flujos Mark 3
Aplicaciones
Sección 3
Verificación de funciones
Consideraciones en la instalación del transductor
Acoplamiento acústico
Instalación y preparación del tubo
Sección 4
Operación
Operación básica
Campo de calibración
Indicador de batería baja
75
78
81
83
85
86
86
87
87
89
92
98
99

OBJETIVOS
0 Caracterizar el medidor ultrasónico de flujos Dynasonics Mark 3.
0
0
Conocer los principios físicos y básicos del ultrasonido.
Conocer la teoría del medidor ultrasónico de flujos.
1

La crisis energética de los 70’s debido al embargo petrolero de los países árabes, con el
consecuente aumento en el costo de los combustibles, así como, la creación de una
conciencia ecológica, han sido sin lugar a dudas los motivos principales para que en esa
década se empezara a crear la optimización de los procesos industriales en todas sus
fases, para así disminuir los costos de producción y aumentar la calidad de los productos.
A partir de entonces se han llevado a nivel mundial medidas que conlleven a obtener
mejoras en los procesos, sin embargo, en México estas políticas han tenido un rezago
enorme en comparación a otros países.
El paulatino aumento de los precios de los combustibles, tarifas eléctricas, materia prima
y el aumento de las restricciones de las normas ecológicas han llevado, en México, al
industrial a realizar acciones que le permitan mejorar sus procesos mediante auditorias
energéticas, estas se dividen en 3 niveles.
El nivel 1 corresponde sólo a una revisión de los sistemas a un nivel visual para detectar
diferencias que sean muy obvias. El segundo y tercer nivel son revisiones más a fondo en
donde ya se utilizan aparatos de medición, se analiza el proceso y las características
finales de producto para tratar de optimizarlo más a fondo, utilizando los balances de
materia y energía.
En estos dos últimos niveles se tiene que conocer las condiciones básicas de los
parámetros de los fluidos que intervienen en el proceso como son: temperatura, presión,
viscosidad, velocidad de flujo y el volumen que circula por esos conductos.
En los trabajos de auditoría energética una de las variables a medir para contabilizar
adecuadamente los balances de energía y materia es el flujo de fluidos. Sin embargo, esta
medición debe, además, cumplir con ciertas características como buena precisión, ser no
invasiva y de rápida ejecución.
Para realizar auditorías de niveles dos y tres es necesario que el ingeniero conozca los
principios básicos del flujo de fluidos, para realizar sus cálculos con una mejor precisión;
en este trabajo ese tema se tratará en el capítulo 1.
En el capítulo 2 hablaremos de los principios básicos de un diagnóstico energético, su
importancia, de los pasos a seguir y de la importancia de la medición en el diagnóstico
energético.
Un aparato que se ha empezado a usar en las auditorías energéticas en la medición de
flujos es el medidor ultrasónico de flujo, el cual va permitir tener una lectura en el sitio y
la cual va ser muy rápida, de este aparato hablaremos en los capítulos 3, 4 y 5. En el
2

capítulo 3 analizaremos la teoría del ultrasonido en general para después pasar a la teoría
básica del medidor ultrasónico de flujos y la teoría de los transductores.
En el capítulo 4 daremos una descripción detallada del medidor ultrasónico de flujos
Dynasonics Mark3 que se encuentra en el laboratorio del programa Recursos Energéticos.
En el capítulo 5 se hablará del uso de este medidor en las auditorías energéticas.
En el capítulo 6 hablaremos de las ventajas y desventajas que tiene el medidor de
ultrasónico de flujos frente a otros sistemas de medición que existen y que se usan desde
tiempo atrás en la industria. En el capítulo 7 se hablará en resumen de las principales
características de los diferentes sistemas de medición. Por último se presentará el manual
de operación del medidor ultrasónico de flujos Dynasonics Mark3, en un anexo.
3

Fluidos: son sustancias capaces de fluir con partículas que se mueven y cambian su
posición relativa con cierta facilidad sin una separación de las masas. Los fluidos no
ofiecen prácticamente resistencia al cambio de forma. Se conforman verdaderamente a la
forma del sólido que los contiene.
los fluidos se pueden dividir en líquidos y gases. Las principales características diferentes
entre ellos son:
1.- Un líquido tiene una superficie libre y cierta masa que ocupa un volumen dado en un
recipiente, mientras que un gas no tiene superficie libre y una masa dada, ocupa todas las
porciones de cualquier recipiente, cualquiera que sea su tamaño.
2.- Los líquidos son prácticamente incompresibles y, por lo común, se pueden considerar
así, sin incurrir en un error apreciable; por otra parte, los gases son compresibles y se les
debe tratar como tales.
Las diferencias entre un sólido y un líquido son :
1.- Un esfuerzo de corte deforma un sólido y la cantidad de deformación unitaria, hasta
cierto punto, es proporcional al esfuerzo unitario; un esfuerzo de corte deforma también a
un fluido, pero a una razón de tiempo de deformación que es proporcional al esfuerzo.
2.- Si no se sobrepasa el límite elástico, la aplicación de un esfuerzo unitario de corte que
aplica aún sólido produce cierta deformación unitaria, que es independiente del tiempo de
aplicación de la fuerza y cuando se retira el esfuerzo, el sólido vuelve prácticamente a su
forma original. Por otra parte, si se aplica un esfuerzo de corte dado a un fluido, la
deformación se sigue produciendo a una razón uniforme con el tiempo y cuando el
esfuerzo se retira, el fluido no vuelve a su forma original, mediante fuerzas contenidas en
su interior.
Cuando se aplica la suficiente cantidad de calor a algunos sólidos harán que se conviertan
en líquidos. Por ejemplo el acero más duro se puede fundir, de modo que fluya con
facilidad. Un bloque de alquitrán frío tiene propiedades de sólido; pero si se calienta y se
licúa se puede echar a las pequeñas grietas del concreto. El paso de la roca sólida a lava
fundida es un evento muy conocido que se produce en la naturaleza, para estos cambios
se requieren grandes temperaturas; sin embargo, el paso de sólido a líquido del agua se
produce a 0°C.
La propiedad que caracteriza la resistencia al flujo de los fluidos es la viscosidad. La
viscosidad varia con la temperatura.
Los flujos de fluidos pueden tener las siguientes características generales:
1.- El flujo de fluidos puede ser estacionario o no estacionario. Cuando la velocidad del
fluido V en cualquier punto no varia con el tiempo, se dice que el movimiento del fluido
5

es estacionario, Es decir que en un flujo estacionario la velocidad de cada partícula en
cualquier punto dado del fluido que pasa es siempre la misma. En cualquier otro punto,
una partícula puede viajar con una velocidad diferente, pero cualquier otra partícula que
pase por este segundo punto se comporta allí justo como lo hizo la primera partícula
cuando paso por ese punto. Estas condiciones pueden conseguirse cuando las velocidades
del flujo son pequeñas; por ejemplo una corriente que fluye pausadamente. En el caso de
flujo turbulento, como en los rápidos en una catarata, las velocidades varían en forma
errática de punto en punto y también de un instante a otro.
2.- El flujo de fluidos puede ser rotacional o irrotacional. Si el elemento de fluido en un
punto dado no tiene una velocidad angular neta alrededor de dicho punto, el flujo del
fluido es irrotacional. Por ejemplo si una pequeña rueda de paletas es sumergida en el
fluido que fluye se mueve sin girar, el movimiento es irrotacional, si gira el movimiento
es rotacional.
3.- El flujo de fluidos puede ser compresible o incompresible. Por lo general puede
considerarse que los fluidos fluyen incompresiblemente, pero un gas muy compresible
puede en ocasiones, sufrir cambios tan poco importantes en su densidad que entonces su
flujo puede considerarse como incompresible.
4.- El flujo de fluidos puede ser viscoso o no viscoso. La viscosidad en el movimiento de
los fluidos es el análogo de la fricción en el movimiento de los sólidos. En muchos casos,
tales como los problemas de lubricación, es sumamente importante. Sin embargo, a veces
puede ignorarse. La viscosidad introduce fuerzas tangenciales entre las capas del fluido en
movimiento relativo y se traduce en una disipación de la energía mecánica.
De los puntos anteriores se puede decir que un flujo de fluidos se toma como si fuera
estacionario, irrotacional, incompresible y viscoso, para simplificar los cálculos que se le
necesiten hacer.
Esta última consideración, tal como, mencionamos al principio que es la viscosidad, es la
propiedad característica de la resistencia al flujo de los fluidos. para entender esto,
consideremos un fluido (líquido o gas), contenido entre dos grandes láminas planas
paralelas, de área A, separadas entre sí una distancia muy pequeña Y. Si se supone que el
sistema ésta inicialmente en reposo, pero que después de un tiempo t = O, se pone en
movimiento en la dirección X con una velocidad constante V. Cuando pasa el tiempo el
fluido gana cantidad de movimiento, y finalmente se establece un régimen estacionario.
Una vez alcanzado dicho estado de movimiento estacionario, es preciso aplicar una fuerza
constante F para conservar el movimiento de la lamina inferior. Esta fuerza viene dada
por la expresión (suponiendo que flujo es laminar):
- F = p L Ec. 1.1
A Y
6

De esta ecuación, podemos decir que la fuerza por unidad de área es proporcional a la
diminución de la velocidad con la distancia Y. La constante de proporcionalidad p se
denomina viscosidad del fluido, que en su forma diferencial queda de la siguiente manera:
txy = - P B X Ec. 1.2
dY
Esta ecuación nos muestra que la fuerza de cizalla por unidad de área es proporcional al
gradiente negativo de la velocidad local, a esta sencilla ecuación se le llama la ley de
Newton de la viscosidad, y los fluidos que la cumplen se les llaman fluidos newtonianos.
Todos los gases y la mayor parte de los líquidos sencillos, se comportan de acuerdo con la
ecuación anterior. Los fluidos que no obedecen a esta ley, esencialmente pastas,
suspensiones y polímeros de elevado peso molecular se les llaman fluidos no
newtonianos y éstos obedecen otro tipo de ecuaciones que son particulares de cada fluido.
De la ecuación 2 se puede deducir que la densidad de flujo viscoso de cantidad de
movimiento sigue la dirección negativa de la velocidad; es decir, que sigue la dirección
de la velocidad decreciente.
Debido a que no es tema de este trabajo solo hablaremos de que el flujo no newtoniano
constituye actualmente una parte de otra ciencia que es la reología, es decir la ciencia del
flujo y la deformación, que estudia las propiedades mecánicas de los gases, líquidos,
plásticos, sustancias asfálticas y materiales cristalinos. Por lo tanto el campo de la
reología se extiende desde la mecánica de fluidos newtonianos por una parte, hasta la
elasticidad de la Ley de Hoocke por otra. la región comprendida entre ellas corresponde a
la deformación y flujo de todos los tipos de materiales pastosos y suspensiones.
A continuación describiremos que es un flujo laminar y que es un flujo turbulento.
FLUJO VISCOSO O LAMINAR
Si se considera el flujo del fluido a lo largo de un tubo recto, de paredes lisas y de sección
transversal uniforme, y las trayectorias de todas las partículas del fluido son paralelas, se
habla del caso del flujo viscoso laminar. Todas las partículas han de tener el mismo
sentido de circulación aunque no necesariamente la misma velocidad del flujo. Este tipo
de flujo tiene lugar generalmente en tubos lisos cuando la velocidad del flujo es reducida
y también cuando se trata de líquidos de viscosidad elevada (figura 1.1).
7

FLUJO -
FLUJO
FLUJO TURBULENTO
FLUJO LAMINAR EN TUBOS
PERFIL DE VELOCIDADES
FIGURA 1.1
Si se incrementa la velocidad del flujo algunas partícula del fluido poseerán los
componentes de velocidad longitudinales y transversales, lo que hará variar la clase de
flujo. Esta velocidad a través de la corriente puede producir remolinos y torbellinos
violentos cuando la velocidad de flujo es suficientemente alta; esta condición se
denomina flujo turbulento (figura 1.2).
8

FLUJO TURBULENTO DE FLUIDOS
PERFIL DE
FLUJO VELOCIDADES
FIGURA 1.2
TIPICO
Otra manera de distinguir entre un fluido laminar o turbulento es con el número de
Reynolds, que es diferente para cada geometría por la que existe un flujo de fluidos y
regularmente existen tres etapas, en donde los números que caracterizan a cada tipo de
flujo son diferentes en cada caso particular y éstos son las tres etapas características:
Flujo laminar sin ondulaciones
Flujo laminar con ondulaciones
flujo turbulento
El número de Reynolds puede estimarse a través de cierto dispositivo, por comparación
con el que fluye por un dispositivo geométricamente similar, con tal de que las clases de
flujo sean análogas en ambos. Se dice que, en estas circunstancias, los sistemas son
dinámicamente similares, y esto tendrá lugar siempre que el número de Reynolds sea el
mismo entre los dos dispositivos. Por lo tanto el número de Reynolds es un índice sin
dimensión definido por la ecuación siguiente:
Re = x p Ec. 1.3
i7
9

donde
d es diámetro en el plano de la sección transversal mínima del dispositivo.
q es la viscosidad absoluta del fluido.
p es la densidad del fluido que circula.
V es la velocidad media en el estrangulamiento.
Se tendrá un valor crítico del número de Reynolds para un cierto dispositivo; por encima
de este valor, el flujo varía de laminar a turbulento. La transición de flujo laminar a
turbulento se produce, en los tubos por encima de un valor de Re = 2000.
El flujo laminar sin ondulaciones se caracteriza por tener los números de Reynolds más
bajos; el flujo laminar con ondulaciones es la etapa en donde existe la transición al flujo
turbulento y en el flujo turbulento los números de Reynolds son los más altos.
En las auditorias energéticas generalmente no se utilizan los cálculos de viscosidad, o
para obtener los números de Reynolds, ya que generalmente se utilizan aparatos
especiales para medir los flujos de fluidos ya sea con aparatos fijos en el proceso o de los
tipos móviles como el medidor ultrasónico de flujo, que es un aparato que es no invasivo.
Sin embargo es importante que el ingeniero en su formación profesional conozca lo que
es la mecánica de fluidos. Para esto se utilizan los diferentes equipos que pueden ya estar
colocados en el proceso o traerlos el equipo que va a realizar la auditoria energética. El
equipo utilizado en las auditorias debe ser preferentemente portátil, no invasivo y fácil de
manejar; estas características las cumple el medidor ultrasónico de flujo.
10

Un diagnóstico energético es la aplicación de un conjunto de técnicas de ingeniería, que
permiten determinar el grado de eficiencia con la que es utilizada la energía. Es decir,
consisten en el estudio de todas las formas y fuentes de energía, por medio de un análisis
crítico e histórico del consumo de energía relacionado con los niveles de producción, así
como el análisis de las condiciones de diseño y operación de los equipos, las
características de los procesos y tecnología utilizada.
Con este estudio, se fijaran los objetivos y metas a seguir en función de los potenciales de
ahorro descubiertos y se investigaran las diversas alternativa para alcanzarlos.
Existen tres niveles o grados en los que se ha dividido los diagnósticos energéticos,
tomando en cuenta la profundidad con la que se va a llevar a cabo este estudio.
El diagnóstico de primer nivel sirve para detectar las medidas de ahorro cuya aplicación
es inmediata y con pequeñas inversiones. Está consiste en la inspección visual del estado
de conservación de las instalaciones, en el análisis de registros de operación y
mantenimiento que rutinariamente se llevan a cabo en cada instalación industrial, también
se analizan la forma estadística de los consumos y pagos de energía eléctrica y de
combustibles.
Cuando se realizan este tipo de diagnósticos es importante saber que se deben considerar
los detalles que se detectan visualmente y que se puedan considerar como desperdicios de
energía, estos tipos de detalles pueden ser tales como falta de aislamiento, cuantificar los
costos y posibles ahorros en la demanda de energía eléctrica y corregir el factor de
potencia.
Este tipo de diagnósticos sirve para detectar y precisar las medidas de acción directa.
Los diagnósticos de segundo nivel comprenden la evaluación de la eficiencia energética,
lugares y equipos que se utilicen intensivamente, tales como motores eléctricos, de
compresión y bombas. Al utilizar este tipo de diagnósticos se necesitan tener los registros
históricos de las condiciones de operación de los equipos incluyendo los volúmenes de
consumo de energía. Este tipo de información de campo se compara con la de diseño,
para obtener variaciones de eficiencias.
Se debe jerarquizar el orden de análisis de cada equipo o proceso mediante las
condiciones de operación actuales con las de diseño.
Los balances de materia y energía, los planos actualizados, así como, la disposición de los
índices energéticos reales y de diseño complementan el diagnóstico, ya que permiten
establecer claramente la distribución de la energía en las instalaciones, las pérdidas y
desperdicios globales y así determinar la eficiencia con la que es utilizada la energía.
12

Desde el punto de vista económico es importante tener en cuenta que la medidas que se
recomienden llevar a cabo, se deben'pagar con los ahorros que se obtengan sin poner en
riesgo la liquidez de la empresa.
Los diagnósticos de tercer nivel consisten en un análisis exhaustivo de las condiciones de
operación y las bases de diseño de la instalación, mediante el uso de equipo especializado
de medición y control. Deben realizarse con la participación de especialistas de cada área,
auxiliados por personal de ingeniería.
En estos diagnósticos es común el uso de técnicas de simulación de procesos, con la
finalidad de estudiar diferentes esquemas de interrelación de equipos y procesos. Además
de que facilitan la evaluación de los efectos de cambio de condiciones de operación y
modificaciones del consumo especifico de energía, por lo que se requiere información
completa de los flujos de materiales, combustibles, energía eléctrica, así como, de las
variables de presión , temperatura y las propiedades de las diferentes sustancias o
corrientes.
Las recomendaciones derivadas de estos diagnósticos generalmente son de aplicación a
mediano plazo e implican modificaciones a los equipos, procesos e incluso de tecnologías
utilizadas; además, debido a que las inversiones de estos diagnósticos son altas, la
evaluación económica debe ser rigurosa en cuanto al periodo de recuperación de la
inversión.
El proceso de administración de los recursos energéticos, consiste en la aplicación de
diferentes técnicas que permitan alcanzar la máxima eficiencia en el uso de los
energéticos utilizados, en una planta industrial, y ésta debe seguir una serie de etapas.
Diagnóstico, que es el análisis histórico del consumo de energéticos relacionado con
los niveles de producción y el análisis de las condiciones de diseño y operación de los
equipos.
Planeación, consiste en elegir la alternativa a seguir, sus políticas de acción, el tiempo
de ejecución, los objetivos a cumplir y los costos financieros para la aplicación del
programa de ahorro.
Organización, en esta etapa se define la estructura que permite implementar el
programa.
Integración, en esta etapa se elige un grupo de trabajo y el equipo e instrumentación
que se va a utilizar.
Dirección, consiste en delegar la autoridad necesaria al encargado del programa.
Control, en esta etapa se establecen normas de consmo de energia, de mantenimiento
y de operación.
Se deben tomar en cuenta algunos aspectos cuando se hacen los diagnósticos energéticos,
tales como, inventarios de los equipos consumidores y generadores de energía, detección
y evaluación de fugas y desperdicios, inventarios de instrumentación.
13

En el aspecto económico se deben tomar en cuenta los precios actuales y posibles
cambios en los precios de los energéticos y su impacto en costos totales, estimación
económica de desperdicios y evaluación de los ahorros.
En el caso de energéticos se deben tomar en cuenta formas y fuentes de energía utilizadas
y posibilidades de sustitución de energéticos con los balances de materia y energía.
Se debe pedir información operativa con los manuales de operación de equipos
consumidores y generadores de energía y reportes de mantenimiento.
Aunque en México es común que la industria nacional tenga la ausencia de
instrumentación suficiente, en la auditorías energéticas de segundo y tercer nivel se
utilizan algunos instrumentos portátiles tales como:
* Medidores de velocidad de flujo en tubería y equipo
* Radiómetro ópticos
* Pirómetro digital
* Kilowatrímetro
* Factoripotenciometro
* Analizador de redes
* Tacómetro
* Medidores de velocidad de aire
* Termómetros
* Luxómetros.
Estos aparatos tiene áreas de servicio industriales tales como:
* Calderas y hornos
* Motores y bombas
* Sistemas eléctricos
* Turbinas
* Compresores
* Sistemas de refrigeración.
Para que un diagnóstico sea válido debe apoyarse en mediciones confiables, precisas y
ofrecer de manera concreta recomendaciones de acción.
Por lo tanto, antes de diagnosticar es indispensable precisar qué, cómo, cuándo y dónde
medir, ya que cuando más complejo es el sistema, más exigente es el monitoreo que
requiere el uso tanto de la energía productiva, como el de la improductiva, por lo que la
selección apropiada de los instrumento de medición a utilizar es vital en la conducción de
un diagnóstico energético.
14

Una de las cosas más importantes de la medición es su confiabilidad, ya que realizar
mediciones y obtener resultados confiables no es fácil cuando el potencial de variación en
valores de los parámetros que se manejan es grande. En este sentido, la medición
constantes de todas las variables que son de interés sería una buena opción. Sin embargo,
además de ser costosa también generaría sobreinformación en buena parte inútil y de
difícil manejo.
Por lo que la diversidad de usos finales de la energía, en las diferentes formas en que
fluye en los procesos y en distintas áreas e intensidades, impone una dificultad más a la
medición continua de parámetros de alguna importancia energética.
En un diagnóstico energético, la medición es un concepto que permite mediante la
instrumentación adecuada, experiencia, buen criterio, programa, análisis, coordinación y
planeación apropiada, dar seguimiento al flujo y distribución de la energía en su proceso
de transformación y establece un balance en cada etapa y en cualquier tiempo.
Aún cuando las aplicaciones finales de desperdicios y formas de energía integran un
catalogo amplisimo, conceptualmente los procesos de transformación siguen bien
establecidos y sencillos.
Las formas más comunes de recepción de energía en instalaciones industriales y de
servicios, son los combustibles y la energía eléctrica.
Para la medición, se parte del conocimiento de los parámetros que intervienen en cada
etapa de transformación, de los efectos que se producen en ellos por el cambio y de los
patrones que siguen esos cambios.
De esta manera, la mayor parte de las mediciones se hacen de manera indirecta, a partir de
los efectos que el flujo de energéticos genera, y aquí se aprovechan cambios de
características, de materiales, de estado de fluidos, de volumen y variaciones de
temperatura al flujo de energía entre otros.
Por lo tanto el conocimiento de fenómenos físicos y químicos y del comportamiento de
materiales y fluidos amplían el horizonte de posibilidades de medición y la gama de
habilidades de la instrumentación disponible.
De acuerdo a lo anterior al determinar el equipo requerido para mediciones especificas es
importante considerar lo siguiente:
1.- En los diagramas elaborados, los puntos en que los flujos de energía deben ser
evaluados.
2.- Que propiedades físicas pueden dar elementos para determinar la evaluación y cuáles
pueden medirse.
15

3.- La selección del equipo que mide esas propiedades.
En la industria se encuentra con frecuencia plantas de consumo de energía,
insuficientemente instrumentadas con un solo medidor para cada forma de energía.
Por los que debe enfatizarse la identificación de cada tipo de energía por medio de toda la
instrumentación que se tiene instalada, tomando en cuenta sus características y estado de
utilización, además de la instrumentación de prueba, para seleccionar la instrumentación
que se requiere para el diagnóstico energético, por lo que debe considerarse que la
instrumentación sirva para:
O
O
O
O
Medir la energía en las localizaciones más representativas.
Calcular balances de energía y eficiencias.
Controlar el equipo para cumplir las condiciones del proceso deseadas.
Evaluar la seguridad, calidad de los productos y efectos al ambiente.
Por lo que independientemente de determinar el número y localización de instrumentos de
instalación permanente, deben seleccionarse los instrumentos portátiles que puedan
requerirse para el diagnóstico; ya que en muchos casos, uno solo de estos puede
económicamente sustituir a varios instrumentos en diferentes localizaciones y puntos de
mediciones de la misma índole. Debe verse la posibilidad de usar los dispositivos de
medición en planta y el máximo de mediciones posibles con instrumentación portátil.
Por lo tanto la instrumentación debe contar con las siguientes características: ser
confiable, de preferencia no invasivo y portátil, para obtener la información requerida con
suficiente facilidad, precisión y claridad; además de que con este tipo de equipo se pueden
efectuar mediciones en diferentes puntos del diagrama de flujo en distintos procesos y
equipos.
El nivel de instrumentación necesario depende en cada caso, de una serie de factores,
tales como la naturaleza del proceso, consumo de energía y potencial de energía
recuperable.
Aunque en un proceso de diagnóstico energético son muchas las variable que se miden en
este trabajo nos afocaremos solo a una el de flujos de fluidos. En los siguientes capítulos
hablaremos esencialmente de un aparato que sirve para medir estos flujos y es el medidor
ultrasónico de flujos, empezando por los principios fisicos generales del ultrasonido,
transductores y el principio electrónico del medidor.
16

Principios físicos del ultrasonido.
Las ondas de ultrasonido son ondas mecánicas similares a las ondas del sonido y tiene
muchos medios en el cual se propaga. Las magnitudes de las ondas del ultrasonido
dependen de los parámetros en las propiedades acústicas del medio. La frecuencia (f) es la
repetición en el tiempo de las ondas o el número de altas o bajas ondas de presión que
cruzan cada área del cuerpo cada segundo. Las frecuencias de las ondas del sonido
utilizadas en el ultrasonido son mucho más altas que las del rango audible para el ser
humano; estas ondas oscilan entre 20-16,000 Hz y por eso son llamadas ondas de
ultrasonido.
La velocidad acústica C de una onda ultrasónica es la velocidad de ondas del viaje de
ondas de presión que viajan a través del medio de propagación. La velocidad acústica de
un cuerpo blando es esencialmente la frecuencia independiente con un valor promedio de
1540 d s . Muchos tejidos blandos en el cuerpo tienen una velocidad acústica adentro con
un 3% de este valor promedio.
Las ondas acústicas longitudinales son aquellas en el cual la dirección de la partícula en
movimiento es paralela o antiparalela a la velocidad de onda. Las ondas acústicas
transversales son ondas en la cual la dirección de la partícula en movimiento es
perpendicular a la velocidad de onda. Ejemplo de onda longitudinales son las ondas
comprimidas a lo largo de un salto en el tiempo; ejemplos de ondas transversales son las
ondas de agua en la superficie del océano o el movimiento de ondas a lo largo de una
serie tensada. El orden para ondas acústicas transversales al propagarse en un medio, es
aquel que tiene alguna rigidez mecánica en cada cuerpo encontrado o metal. Las ondas
acústicas longitudinales son las únicas ondas que pueden propagarse en un fluido (líquido
o gas). De la masa total de un cuerpo humano, el 72% es agua y el resto es músculo. De
acuerdo, a esta doble composición, solo las ondas acústicas longitudinales pueden
propagarse en un cuerpo. Los huesos son una excepción de este hecho afortunadamente,
debido a esta severa atenuación, esto no contribuye a la imagen.
La longitud de onda acústica h es la repetición básica de la distancia en el espacio para
una frecuencia de onda simple, uniendo puntos de una fase igual. En el ultrasonido
médico el término fase se refiere al tiempo de ocurrencia de un evento semejante como
una repetición exacta en el tiempo de ciclo acústico con que una cierta presión es logrado.
Esto es, la frecuencia f puede ser definida como el número de repeticiones por segundo en
algún punto en el espacio para una onda especifica de la amplitud de presión. De las
definiciones anteriores, la longitud de onda y la frecuencia de las ondas acústicas son
relacionadas cada una con la ecuación estándar (verdadera para toda propagación de
ondas):
fh = c Ec 3.1
18

En la imagen ultrasónica esta ecuación tiene una aplicación práctica. La frecuencia de las
ondas ultrasónicas son las seleccionadas por el operador para el uso apropiado del
transductor. Como las ondas ultrasónicas se propagan de tejido en tejido en el cuerpo
éstas necesitan una frecuencia para atravesar estructuras de tejido y esto hace que varíe a
las diferentes velocidades acústicas. La longitud de onda es un indicador de la resolución
espacial de la imagen. Frecuencias altas tienen longitudes de ondas bajas y mejor
resolución espacial.
La amplitud de la presión acústica en un punto en el espacio se define como la presión
con que la partícula es detectada entre la presión con que la onda es emitida y la presión
del ambiente. La intensidad acústica está definida como la energía de propagación como
una unidad de área en el medio por unidad de tiempo. La intensidad tiene unidades de
poder por unidad de área. En el campo ultrasónico médico, las unidades W/m2 se usan
para identificar la intensidad acústica.
La impedancia acústica Z de la propagación del medio es importante en la predicción de
magnitudes de eco reflectado en interfases entre dos diferentes tejidos. Esto se describe
por la relación:
pc=z Ec 3.2
Donde p es la densidad de tejido (tomando en cuenta un ultrasonido para medicina) en
g/cm3 y C es la velocidad acústica en cmís.
El eco ultrasónico es producido por dos tipos de reflectores: el especular y el difuso. El
radar, con el que se sabe la localización de los aeroplanos, usa el método pulso-eco, en la
reflección de señales de microondas. El sonar, con el que se tiene la localización de los
submarinos, usan las reflecciones pulso-eco de ondas de sonido en kilohertz en el océano.
Este tipo de equipo de ultrasonido utiliza el sistema de pulso-eco, que es un sistema en el
cual se envía una onda (pulso) y al ser reflectada (eco), genera una señal que al ser
recibida por el instrumento genera una señal analógica que envía hacia una salida
(computadora, monitor, etc.), para que la información sea desplegada en la pantalla.
19

Principios electrónicos del medidor ultrasónico de flujo.
Este instrumento se basa en los mismos principios del ultrasonido, tomando en cuenta que
los metales no interfieren con la señal, como los huesos en el ultrasonido médico, además
de que en los líquidos las ondas de sonido encuentran un mejor medio de propagación. El
principio de operación nos dice que una señal ultrasónica es enviada por medio de los
transductores y ésta es reflectada en las discontinuidades del líquido, esta señal es
recibida por el otro transductor y tomando en consideración el tiempo de retardo de
llegada de la señal el instrumento genera la información de flujo. También se basa en el
sistema pulso-eco.
El principio electrónico está basado en un microprocesador que mide el flujo mediante
una señal ultrasónica y usan un sistema de mediciones sencillo. Este microprocesador usa
solamente una serie de transmisiones y recepciones de pulsos, basados en la medición de
diferencias de números. serie y pulsos, transmitidos por encima de un intervalo de tiempo
predeterminado, cuando el fluido éste con o sin movimiento.
La medición ultrasónica de velocidades de flujo (VF) tiene la ventaja de una rápida
respuesta y un amplio rango dinámico, con una medida bidireccional de la señal. Este tipo
de aparatos tiene la característica de no tener partes móviles, y así no hay errores errores
debidos a la inercia y a la fricción con el fluido o con el conducto que lo contenga.
Estas causas no distorsionan el flujo porque los transductores se montan en cualquier
parte de la pared exterior del tubo (tomando las consideraciones que se haran en los
capítulos posteriores). En los primeros aparatos de medición ultrasónica de flujo los
transductores eran montados en cualquier parte de la pared interior del tubo, de tal manera
que la cara de estos fueran parte del tubo; esto transductores eran protegidos por ventanas
acústicamente transparentes, actualmente los transductores se montan exteriormente y se
fijan con un material que sea buen medio de propagación del sonido; esta ventaja le da la
posibilidad de que pueda usarse para cualquier tipo de fluidos, incluso los que son
químicamente activos.
El tiempo de transmisión acústico T es medido por la velocidad del flujo V y además por
la velocidad del sonido Va en el fluido. Sin embargo, la variabilidad en Va se elimina en
mediciones por la diferencia las hechas aguas arriba y aguas abajo del tiempo de
transmisión que depende’ solamente de la velocidad de flujo si Va no varía dentro de los
intervalos de tiempo abarcados por la medición. Para este tiempo de transmisión la
diferencia AT se hace muy pequeña; esta medición directa tiene un límite de precisión y
resolución. El método propuesto es para la acumulación de valores de tiempo de transito
sobre algunos ciclos, dando un incremento en la precisión y una mejor resolución. Esto
también proporciona algunos grados de promedio que tiende a reducir los efectos del
fluido y la variación en la forma del pulso. Las mediciones se hacen con un par de
transductores solamente.
20

Principios de medición.
El arreglo de los transductores para la medición de la velocidad de flujo V se muestra en
la figura 3.1. Si un grupo de "M" pulsos son transmitidos río arriba por el transmisor T y
recibidos por el receptor R, el tiempo de viaje está dado por:
t= L Ec. 3.3
Va + VCose
Donde L es la separación de los transductores y 0 es el ángulo entre las direcciones V y
Va.
Si una serie de pulsos es transmitida en sucesión por T inmediatamente después de haber
sido recibido el primero por R, el número total de los pulsos así recibidos en un intervalo
T viene dado por:
N = T I Z = (Va + VCose) Ec. 3.4
L
De la ecuación 2.2 el numero de pulsos recibidos en el intervalo z cuando el fluido está en
reposo (cuando V = O), es:
De las ecuaciones 2.2 y 2.3 tenemos
Donde
NO=N(,={ zva/L) 1 Ec 3.5
V= ( L ~(N-NO) = K(N-No) Ec. 3.6
( cose )
K puede ser hecho 1 por una elección correcta de los valores de T. Entonces V se hace
exactamente igual a la diferencia (N - No). Este factor se utiliza para le medición de la
velocidad de medición de flujo.
Operación.
La operación de este sistema fue proyectada para un lote de pulsos con m=lO, T = 1 seg.,
K= 1, esto se muestra en la figura 3.2 con la subrutina de cómputo de la figura 3.3 y con
su diagrama de tiempo.
21

Arreglo de transductores
Transductor receptor R
Transductor transmisor T
Figura 3.1
22

.
C R CL
- -M2-
FF
10
-Q L .i'L"l
RST 7.5
c2
16 BIT
COUNTE
vcc
I
TIMER WR RD ALE I
TIMER OUT
PORTSA,B PC2 PC1 PCO
FIG. 3.2 DIAGRAMA DEL CIRCUITO BASADO EN LA MEDI
Figura 3.2
I
:E
23

I
I Lnicidi electrónicos perifenws y la terminal de puerto c I
si
I
Grupo PCO = I
I
I
I
EsPCI= O
I~ciali el equipo de wnten al grupo wn un hemp de retardo T
I
Intervalos de medición
I
GnipoPC2= 1,grnpodeFlip-Flop
I
Lnicialm y enciende el wntador
I
I 1
Entra dato para ISS para RST 7 5 en cada hempo de salida del pulso
Decrece el equipo de wnten para cada hempo de salida de pulso
I I
Lee puertos A y B
trodwe datos m d a
n
Almacena los datos sush.sidos
de los puerIos Ay B
4
Muestra la veiocidad en pantaüa
Figura 3.3 Caracterización del programa de medición de flujo ultrasóni
24

Para inicializar el proceso se siguen dos pasos:
Paso 1
Inicialmente, la velocidad de flujo es igual cero. El ciclo de medición como se muestra en
la figura 3, comienza con un teclado interruptor y un interruptor de servicio de rutina
(ISS), para cuando un valor del circuito RST se introduce, éste inicializa todos los
electrónicos periféricos y un juego de lineas de pulsos se envia (PCo - PC2). El siguiente
aparato de software inicializa desde Po a 1 e inicializa un contador; al siguiente grupo se
le asigna un tiempo de retraso T. El grupo de PC2 a 1 que es disparado como "m", con un
retorno a los aparatos flip-flop FF y está en el puerto A3 listo para salir.
Después de esto el tiempo se inicializa y comienza bajo el control del software, cuando 1 O
pulsos (m=lO) son transmitidos se dispara el contador C1, cuando esta estable m2,
comienza el paro FF de la transmisión del pulso más alejado. Simultáneamente el
contador de pulsos cuenta los más alejados del tiempo en el circuito IC-891 5 hasta Al.
La recepción del pulso por R son los más alejados del contador C2 y a 16 bit del contador
C, después de rehacerse por una comparación el décimo pulso del tren de recepción M3
que se sitúa en FF. El siguiente grupo de pulsos es transmitido nuevamente y la operación
se repite siempre y cuando PC2 se detenga en 1. El contador estará detenido siempre que
FF esté fijo. En cada tiempo ocurre un pulso en el contador de salida, del circuito ISS
para RST 7.5 y éste es medido y cuando decrece el contador a uno. Cuando este conteo
decrece a cero PC2 se coloca en cero y consecuentemente la transmisión se retarda y se
inhabilita. El tren de pulsos en transmisión, en cualquier instante completa el ciclo y se
cuenta. Por lo tanto el máximo error posible puede ser +/- 1.
Ahora PC1 se coloca en 1 en el control del software y el conteo no se transmite a la
memoria.
Paso 2.
El ciclo superior se repite cuando la velocidad de flujo es igual a otra velocidad de flujo
(FV = V), que se introduce en el segundo interruptor del teclado. Este tiempo desde PCo
es igual a cero y se sustituye el nuevo conteo con la diferencia (N - No) y ésta es
desplegada en la pantalla. El programa que se muestra en la figura 3 es tal que el flujo
puede ser medido en cualquiera de las dos direcciones.
El máximo error posible puede ser de 1 m/s, o sea el 1% para velocidades de 100 d s .
25

Transductores Ultrasónicos.
Las transductores ultrasónicos cambian sus dimensiones físicas cuando el campo eléctrico
es aplicado y viceversa. Este efecto se conoce como el efecto piezoelétrico y es debido a
la interrelación entre el campo eléctrico aplicado y los cambios eléctricos contenidos
dentro de la red cristalina del material incrustado en la producción de esfuerzos
mecánicos. Ciertamente se producen en la naturaleza y artificialmente grandes cristales
como el cuarzo, cerámicos ferroeléctricos sintéticos como el titaniato de bario, zirconato
de plomo, poseen fuertes propiedades piezoeléctricas, para el lanzamiento de ondas
longitudinales o compresionables ultrasónicas, como en el cuarzo, la polarización se fija y
se corta en un plano y que el paralelo a la superficie perpendicular al eje de las X del
cristal. En los materiales ferroeléctricos la carga individual es alineada a lo largo del eje
de polarización durante su fabricación y por lo tanto pueden ser formados de la forma
deseada, tales como bolas esféricas, que producen focos de campo ultrasónico. Con la
aplicación de un campo eléctrico alterno pueden hacerse vibrar a una frecuencia
determinada por los espesores. La frecuencia con la que la amplitud es máxima es
conocida como la frecuencia de resonancia fundamental. El transductor también entra en
resonancia cuando se manejan frecuencias que son impares múltiples de la frecuencia
fundamental. La resonancia física de este dispositivo es la fase de relación entre la
propagación del esfuerzo y la conducción de frecuencias. Esto es simple y directo y puede
ser encontrado entre las propiedades físicas y acústicas. Las constantes piezoeléctricas de
los materiales cerámicos cambian rápidamente con la temperatura. Los materiales
cerámicos tienen una mayor eficiencia electromecánica que los de cuarzo.
Los transductores son los equipos auxiliares de los aparatos de medición de flujo
ultrasónico que convierten y reciben la señal enviada en forma de pulsos a una señal
analógica, hacia el equipo electrónico, que los recibe y muestra la velocidad de flujo en
una pantalla o computadora. Son hechos de aluminio que es un material con propiedades
piezoeléctricas importantes y por eso pueden mandar ondas del tipo longitudinales que
son la que permiten medir las velocidades de flujo ya que éstas si pueden viajar en un
medio acuoso, sin que los afecte el metal de los tubos en que está contenido el fluido.
26

En este capítulo se hablará del medidor ultrasónico de flujos, especialmente el que se
encuentra en el laboratorio de procesos energéticos en la carrera de Ingeniería en Energía,
el Dynasonics Mark3.
Este medidor es un aparato portátil de 45.7 cm. de largo, 25.4 cm. de ancho y 20.3 cm. de
altura, tiene un peso de 7.256 Kg. con todo y transductores, su envoltura es de un plástico
(resina epóxica), y consta de dos transductores con 6 metros de cable.
Requiere de una potencia 88 mA y 120 VAC, con un sistema de baterías recargables.
Su pantalla es de cristal líquido, con 6 dígitos en su totalizador y tiene memoria.
Posee un intervalo de velocidad de O a 8 metros por segundo (MPS), con sus equivalentes
en flujo de litros por minuto (LPM) y galones por minuto (GPM).
Cuenta con una precisión de +/- 0.1 % de la escala total, dependiendo de la aplicación y
su uso correcto.
El equipo tiene un intervalo de temperaturas de -25 a 85 "C en el equipo electrónico
mientras que en los transductores su rango de temperatura es de -40 a 82°C. Los
transductores están construidos de una aleación de aluminio y recubiertos de resina
epóxica, además están encapsulados a prueba de agua.
Sus principales características son que es muy ligero, tal que se puede transportar a
cualquier parte de manera portátil; es muy fácil de operar cuando se tiene un poco de
práctica, pero su principal característica es que es no invasivo, es decir, se instala
exteriormente sin interrumpir el proceso, además tiene pérdida de carga nula.
Su teoría de operación es muy sencilla ya que trabaja con el cambio de Fecuencia de una
señal analógica que es reflejada en la discontinuidades del fluido, tales como burbujas o
partículas suspendidas o en las interfases que se producen en un flujo turbulento.
La señal ultrasónica es generada y recibida por el par de transductores y estas señales son
enviadas al transmisor, éste procesa la señal y genera una señal analógica para mostrar en
pantalla la velocidad y/o el volumen total del fluido, utilizando un filtro digital analógico.
Como se mencionó anteriormente, debido a que es un aparato no invasivo, los
transductores no tienen contacto directo con el fluido, por lo que no se perjudica al
material de construcción por la corrosión, abrasión o contacto con el fluido, ya que se
montan exteriormente al tubo, sin interrumpir el proceso, ya sea para una medición
temporal o permanente.
Aunque se necesita tener un poco de práctica para medidas de flujo, esto no es una gran
dificultad ya que al obtenerla, las mediciones llegan a ser simples y rutinarias, y si hay
flujo en una tubería, ésta puede ser medida con este instrumento.
28

De todo lo anterior se puede definir que sus áreas de aplicación más importantes son:
O
O
O
En un lugar donde se necesite llevar un aparato portátil
En un lugar donde se necesite un aparato no invasivo, ya sea por requerimientos de la
instalación o por las propiedades del fluido.
Cuando no es fácil medir con aparatos convencionales ya sea porque el líquido éste
contaminado o porque es corrosivo.
Tiene una gran lista de aplicación en instalaciones industriales que manejan flujos de
fluidos .
Debido a su principal característica de ser no invasivo, este aparato se puede probar cada
vez que es utilizado. Para esto una vez que el aparato está totalmente energizado se
prueba de la siguiente manera:
1. Los transductores se ponen cara a cara separados unos 15 cm y se deben mover unos
2.5 cm hacia cualquier lado y en la pantalla se debe mostrar que hay una variación de
la señal del indicador de escala (el indicador de flujo puede mostrar un flujo entre 0.3
y 5 MPS), si esta señal no cambia hay que volver a realizar este pequeño
procedimiento.
2. Si el flujo de fluidos se va inicializar se debe esperar a que el fluido se estabilice y de
preferencia que el tubo esté lleno, esto es para tener resultados lo más cercano a la
realidad.
3. Cuando el fluido ya ha sido estudiado y se sabe que cantidad de partículas
suspendidas o de burbujas contiene, existen dos localizaciones ideales para colocar
los transductores:
O Cuando existan suficientes burbujas o partículas suspendidas, se debe seleccionar
un sitio para los transductores a un mínimo de 10 diámetros del codo cuando es
corriente abajo; cuando es corriente arriba el par de transductores se deben colocar
a 5 diámetros del codo. Cuando la medición se deba llevar a cabo después de
orificios, protuberancias , etc., la mejor colocación es a unos 20 diámetros de
éstos.
0 Cuando en el fluido existan menos de dos partículas por millón (PPM) de sólidos
suspendidos, los transductores se deben colocar de 1 a 5 diámetros de distancia de
un codo.
4. Cuando se desconoce la cantidad de partículas suspendidas, los transductores se
deben colocar a unos 10 diámetros del codo corriente abajo. Cuando la lectura no se
puede leer bien por variaciones en la señal, entonces el par de transductores se deben
colocar en una posición de 1 a 5 diámetros del codo corriente abajo.
29

5. En aplicaciones en donde no se cuente con la suficiente discontinuidad para reflejar
las señales como en el caso de los líquidos limpios, los transductores se colocan en un
codo de la tubería para aprovechar la turbulencia del fluido.
Los transductores siempre deben estar colocados cara a cara, es decir a 180" cada uno.
Debido a su montaje exterior y a que se trabaja con señales ultrasónicas, los transductores
al montarse ya sea para una medición temporal o permanente, para su conveniente
operación no debe existir vacío entre la cara del transductor y el tubo, este espacio puede
ser llenado con un material que sea buen transmisor del sonido y que se acople
acústicamente.
Cuando la medición es temporal se puede llenar este vacío con grasa de silicón; cuando la
medición es permanente se utiliza silicón de caucho. Existen gran cantidad de variedades
y marcas, pero la elección se debe basar en la temperatura que contenga el fluido.
Estas son las consideraciones que se deben tomar en cuenta para el funcionamiento
óptimo del equipo, sin embargo el tubo también debe ser preparado para lograr una
buena recepción de señales.
1.- Cuando el tubo es de material plástico, se debe remover toda la pintura y grasa, estar
todo pulido y seco el lugar que previamente ha sido determinado para la colocación de
los transductores.
2.- Cuando el tubo es metálico y el lugar en donde van a ser colocados los transductores
ya ha sido determinado, se deben seguir los siguientes pasos antes de que el
transductor haya sido colocado:
O Se debe limpiar un área suficientemente grande para que entre la cara del transductor,
ya que un pedazo menor de tubería puede causar problemas y la medición puede
disminuir con la recepción de señales.
O Se debe remover de toda clase de pintura, herrumbre, aceite, grasa, etc..
El montaje de los transductores debe observar las siguientes consideraciones:
O El tubo se debe preparar como se mencionó anteriormente y además se debe lijar.
0 Se debe asegurar que la superficie de la cara del transductor toque totalmente la
superficie del tubo que ha sido limpiada.
O El transductor no debe ser montado en protuberancias o codos
O El centro del transductor debe ser montado paralelamente al centro del tubo.
30

0 Cuando el tubo sea horizontal el transductor debe ser montado a 90" de la cima.
O Cuando el transductor se monte temporalmente se debe aplicar grasa de silicón en el
tubo y en la cara del transductor; después se pueden tomar las lecturas al sostener los
transductores con la mano o con una cinta elástica.
0 Cuando el montaje sea permanente se deben aplicar varias capas de silicón entre el
tubo y el transductor, después se deben fijar con la banda elástica de tal manera que se
ejerza una presión de 1 a 2 Ibf.
El medidor ultrasónico Dynasonics Mark3 tiene las siguientes teclas.
* Full scale (F. S.): Este botón se presiona para seleccionar el intervalo de escala total
que comprende de 0.3 a 8 M PS con incrementos de 0.1 MPS.
* I. D. : Botón de diámetro interno del tubo con un valor de 25 cm como el diámetro
interno mínimo y 1 150 como máximo.
* Vol./ Pulse: Este botón sirve para mostrar el totalizador multiplicador con los
parámetros puestos en flujo volumétrico. El totalizador multiplica desde 1 hasta 1000000.
* Cal (Calibration): Sirve para seleccionar el factor de calibración de flujo, siempre se
inicializa con un factor del 100% .
* Reset: Este botón sirve para borrar todos los parámetros que contenga almacenados la
memoria de la medición anterior, se puede reiniciar con los parámetros actuales.
* Test : Este botón sirve para borrar todos los parámetros y reiniciar la operación.
* Damp: Sirve para seleccionar el factor de amortiguamiento, con valores de 0.5 hasta
20.
* Units: Este botón sirve para seleccionar las unidades en que se inicializara la pantalla.
0
0
Con la tecla # 1 se muestra en metros por segundo (MPS), sin totalizador.
Con la tecla # 2 se muestra en litros por minuto (LPM), con totalizador
Con la tecla # 3 se muestra en metros cúbicos por hora (MCH), con totalizador.
* Run / Enter: Este botón sirve para seleccionar el modo Enter para introducir valores o
el modo Run para que inicialize los cálculos.
* El botón de punto decimal: Cuando se presiona en modo Enter sirve para clasificar
una cifra como número decimal, cuando se aprieta en modo Run sirve para:
0 1 Vez sirve para parar el totalizador y el desplegado total.
31

O
O
2 Veces sirve para borrar el totalizador y la pantalla
3 Veces recomienza el totalizador y el desplegado.
Nota: Cuando se introduce un número decimal primero se presiona el cero, luego el
punto decimal y después el número.
Una vez que se instala el medidor de flujos y no se obtiene una señal correcta en la lectura
puede ser por las siguientes causas:
O Se necesita aumentar o eliminar sensibilidad en el aparato.
O Los transductores no han sido correctamente instalados.
O Cuando el flujo es menor a 0.3 MPS o excede los 8 MPS.
O Cuando el sistema no recibe vibración del tubo.
O Cuando hay un aumento excesivo del porcentaje de sólidos o burbujas de aire en el
sistema.
O Cuando existe un aumento excesivo de turbulencia.
Todas las fallas se pueden corregir con la recolocación de los transductores, o con un
campo de calibración.
El campo de calibración se puede necesitar por diversas razones:
1.- Cuando el medidor se usa en tubos que tengan diferentes especificaciones.
2.- Cuando se usa en tubos con revestimiento, con depósito de hierro (en el interior), o de
fibra de vidrio o con un alto grado de no uniformidad.
3.- Cuando se opera con aumento excesivo de turbulencia, sólidos suspendidos o burbujas
de aire.
Cuando se trabaja bajo consideraciones normales de operación, se necesita tener cargada
la batería lo que da una operación continua de 10 a 12 horas. Cuando la batería se
descarga se prende un indicador luminoso que indica que la batería está baja. Cuando esto
ocurre es necesario cambiarla o recargarla; cuando se recarga se debe conectar el aparato
a una línea de 120 VAC, durante un período de 14 a 16 horas.
Estas son las nociones generales que se deben tener en mente y aplicarlas para tener una
buena medición con este tipo de medidores, sin embargo, es necesario tener práctica y
criterio para decidir si una lectura es correcta o si hay algún problema en la medición.
32

La medición de los flujos de fluidos se ha convertido en una necesidad para la mayoría de
las plantas de proceso industrial, principalmente como base para el control automático y
energético. Los flujos deben medirse y controlarse cuidadosamente para tener un proceso
continuo y sin pérdidas. La medición de flujos también es importante en el
establecimiento de proporciones y relaciones.
Para que un diagnóstico sea válido debe apoyarse en mediciones confiables, precisas y
ofrecer de manera concreta recomendaciones de acción; por lo tanto antes de diagnosticar
es indispensable precisar, qué, cómo, cuándo y dónde medir.
Aunque es cierto que no todos los conceptos que integran un diagnóstico son resueltos
con mediciones. Sin embargo, aquellos referidos a instalaciones existentes,
modificaciones, ampliaciones o de gestión tecnológica, invariablemente se apoyarán en
mediciones hechas en sitio.
Sin embargo, la importancia de contar con mediciones confiables radica en obtener una
imagen en cifias reales del proceso energético en una instalación y de las proporciones y
destino de energía útil y desperdiciada. Por lo tanto la confiabilidad reclama métodos
efectivos de medición.
Para la medición, se parte del conocimiento de los parámetros que intervienen en cada
etapa de transformación, de los efectos que se producen en ellos por el cambio y de los
patrones que siguen esos cambios.
De esta manera, la mayor parte de las mediciones son en forma indirecta, a partir de
efectos que el flujo de energéticos genera, y aquí se aprovechan cambios de
características, de materiales, de estado, de fluidos, de volumen y variaciones de
temperatura al flujo de energía, entre otros. El conocimiento de fenómenos físicos y
químicos y el comportamiento de materiales y fluidos amplían el horizonte de
posibilidades de medición y la gama de instrumentación disponible.
Una vez determinado el equipo requerido para mediciones específicas se deben
considerar lo siguiente:
* Los puntos en que los flujos de energía deben ser evaluados
* Que propiedades físicas pueden dar elementos para la evaluación y cuales pueden
medirse.
El capital de inversión para la instrumentación requerida o recomendada, puede ser alto,
asimismo, debe considerarse el costo de lectura, acopio y análisis de la información.
Por lo anterior, antes de tomar decisiones de adquisición o renta de equipo, es
conveniente hacer un análisis de costoheneficio. Asimismo, deben tomarse en cuenta
costos directos e indirectos de la adquisición, custodia del equipo, calibración,
conservación, accesorios, capacitación y operación entre otros.
34

En virtud de la importancia en la medición de flujos de fluidos en los diagnósticos
energéticos de segundo y tercer nivel, para los balances de energía y materia es
fundamental el conocer algunos de los diferentes sistemas de medición de flujos.
Ésto lo mostraremos en la siguiente tabla:
Como podemos observar de la tabla anterior, la mayoría de los instrumentos tienen la
característica de ser invasivos, es decir, tienen que interrumpir el proceso para su
colocación; solo dos son los que tienen la característica de ser no invasivos: el medidor
ultrasónico de flujos y el emisor de rayos gamma, aunque a este último se le deben
introducir partículas de un cierto material que emita radiación gamma y que además
deben ser de cierto tamaño, para que puedan ser detectadas y así conocer la velocidad del
fluido.
El medidor ultrasónico de flujos es ideal para mediciones en sitio, presentando grandes
ventajas en comparación a otros sistemas de medición; siendo portátil, de fácil manejo, no
es pesado y sobre todo es no invasivo.
Debido a la importancia de la medición de los balances de energía en la auditorías
energéticas, este medidor tiene la ventaja de ser de costo medio, se puede llevar a
cualquier parte de la planta, inclusive se pueden tomar mediciones en tubos que estén
localizados hasta una altura o distancia grande según la longitud del cable de los
transductores.
Para utilizar este tipo de aparatos se necesita tener muy poca práctica. Cuando esta
práctica es obtenida el uso del aparato se facilita, teniendo la ventaja de que las lecturas
obtenidas son más reales, ésto contribuye a disminuir el costo de valiosas horas-hombre
de ingeniería al presentar lecturas reales, se agiliza el número de mediciones al día lo que
contribuye a disminuir el costo mencionado anteriormente.
La capacitación en el uso de este tipo de equipo es rápida y sencilla. Ésta se puede
obtenerse dentro de las mismas instalaciones en una planta industrial.
35

La adquisición de este tipo de instrumentos tiene la característica de que no requiere
mantenimiento periódico, sólo la recarga de la batería cuando se necesite.
Por lo tanto, podemos resumir lo siguiente en la selección de este tipo de equipo para
auditorías energéticas:
o
o
o
o
Tiene alta resistencia a la intemperie; además de que para su almacenamiento no
necesita de gran espacio.
No sufre corrosión, ya que sus únicas piezas mecánicas son los transductores de
aluminio.
No tiene problemas de abrasión, ya que no tiene contacto directo con el líquido.
Es de fácil instalación y no requiere de personal especializado para llevarla a cabo.
Al ser pequeño facilita su transportación y requiere de un espacio muy pequeño para
su almacenamiento.
No interrumpe el proceso al instalarlo, esto se debe a que es no invasivo, es decir se
coloca exteriormente y ésta es sin duda su mayor ventaja.
Al ser portátil facilita su manejo, asimismo se pueden tomar medidas en sitio en
cualquier hora y lugar sin interrumpir el proceso.
Requiere de una batería para su funcionamiento que necesita ser cargada después de
su uso. Dicha recarga resulta relativamente barata.
Su costo de capacitación es relativamente nulo, ya que es de fácil manejo, no necesita
refacciones y el servicio es realizado en periodos largos de tiempo.
Su rango de valores medidos es de 0.3 a 8 M PS
Tiene pérdidas de carga nulas.
el rango de temperaturas en el equipo es de -40 a 80°C.
Es muy efectivo aunque no es muy versátil.
Su precisión es de +/- O. 1 % dependiendo de la aplicación.
Se puede montar de manera temporal o permanente dependiendo de lo que se
necesite.
36

O Su desventaja principal puede ser en el impacto en el uso normal del equipo al
transportarse de una manera descuidada.
De todo lo anterior, podemos notar que este tipo de aparato tiene un gran potencial de uso
en la auditorías energéticas, por lo que es de vital importancia su uso en éstas.
Debido a su costo medio, su fácil manejo e intalación este aparato debe formar parte del
equipo de cualquier grupo de auditores energéticos. En el capítulo 6 se comparará el
medidor ultrasónico de flujo con otros tipos de medidores.
Como podemos darnos cuenta, este aparato cumple con características que lo convierte en
una opción para las auditorias energéticas, o bien para ser un equipo instalado
adicionalmente en el proceso. La decisión de ésto puede recaer en el encargado de la
planta o de la auditoría, después de un proceso de selección.
37

Las formas más comunes de recepción de energía en instalaciones industriales y de
servicios, son los combustibles y la energía eléctrica.
El conocimiento de fenómenos fisicos y químicos, así como el comportamiento de
materiales y fluidos, incrmentan el horizonte de posibilidades de medición y la gama de
la instrumentación disponible. Por lo anterior, es necesario conocer los parámetros que
intervienen en el proceso de transformación, saber aprovechar los cambios de
características, de materiales, de estado, de fluidos, de volumen y variaciones de
temperatura al flujo de energía. Ésto se puede ver en los ejemplos que a continuación se
mencionan:
0 La temperatura se mide por el cambio de resistencia eléctrica en un conductor al fluir
la energía.
0 El flujo en ductos cerrados, se pueden medir por diferentes métodos uno de los cuales
puede ser, la caída de presión por una resistencia mecánica, con corrección por su
característica cuadrática.
En general, los principios básicos que la medición emplea son sencillos. Su conocimiento
es fundamental para interpretar con buen criterio los resultados que se obtengan.
Por lo que en una auditoría de segundo o tercer nivel, el flujo volumétrico es otra de las
muchas variables a controlar, así como el flujo másico. Por lo anterior, es conveniente
tener conocimiento del tipo de aparatos que existen en la industria y en el mercado, esto
lo podemos observar en la siguiente tabla:
39

De la anterior tabla podemos notar que la mayoría de los equipos son del tipo invasivo
excepto dos el emisor de rayos gamma y el ultrasónico, sin embargo, no es la única
característica que los hace diferentes entre ellos, por eso trataremos de hacer notar las
características del medidor de flujos ultrasónico contra la de los otros equipos.
40

Temperatura
El medidor de flujos ultrasónico tiene dos intervalos de temperatura diferentes, una en el
equipo electrónico y otra en los transductores. La temperatura de servicio de los
transductores es de -40 a 185. Tiene una de las temperaturas de servicio más bajas a
excepción de la temperatura de servicio de los vertederos, esto es una desventaja ya que
hay otros aparatos que tiene esta temperatura más alta, sin embargo, hay que hacer notar
que los transductores se montan al exterior del tubo y esto hace que la temperatura de
servicio del equipo no sea en realidad la temperatura del fluido, ya que al ser no invasivo
el aparato no tiene contacto directo con el fluido.
Aplicación
En la aplicación el medidor de flujos tiene las mismas ventaja que los demás aparatos ya
que puede medir flujos en líquidos y gases, sin embargo el fluido debe ser limpio o con
un pequeño porcentaje de partículas suspendidas para así poder determinar el flujo. Al ser
no invasivo no tiene problemas con fluidos corrosivos ya que no tiene contacto directo
con él. Sus aplicaciones pueden ser aguas potables, ácidos, aceites, etc..
Pérdida de carga
En todos los equipos existen pérdidas de carga de diferente magnitud, este aparato
ultrasónico es el que tiene la pérdida de carga menor ya que se puede considerar nula, en
los otros equipos van desde la poca pérdida hasta grandes pérdidas de carga. Ésto es una
ventaja toda vez que no se necesita tomar en cuenta este factor para algún cálculo de
ingeniería en alguna auditoria energética.
Colocación
El medidor de flujos ultrasónico y el emisor de rayos gamma son los únicos que no se
montan en el interior del conducto, ya que se montan exteriormente, ésta es su mayor
ventaja ya que les permite mayor movilidad, no existe nada de contacto con el fluido, no
interrumpe el proceso por lo que los coloca en un posición muy aceptable en comparación
con otros tipos de equipos. Sin embargo, hay que tomar en cuenta el campo de medida de
los equipos en la elección de éstos ya que el medidor de flujo ultrasónico tiene un campo
de medida limitado, mientras que otro tipo de equipos tienen campos de medida para
grandes flujo según el tamaño.
Precisión
La precisión de los equipos varia desde +/- 0.1 hasta 3% dependiendo el tipo. El equipo
ultrasónico tiene la mayor precisión de todos los equipos mostrados en la tabla esto lo
hace que sea muy competente, sin embargo como se mencionó en los capítulos anteriores
es necesario tener práctica en la utilización de este equipo mientras que en los otros
41

equipos sólo se toma una lectura en un accesorio del mismo como una carátula, en una
pantalla electrónica, del tipo de aguja, etc.; sin embargo el criterio de la persona que
utiliza el equipo ultrasónico es fundamental para rechazar o aceptar una lectura. La
precisión se ve afectada al tener una mala colocación del equipo al carecer de práctica y
criterio en la elección del sitio adecuado para montar los transductores.
42

En los trabajos de auditoría energética una de las variables a medir para contabilizar
adecuadamente los balances de matería y energía es el flujo.
Sin embargo, esta medición debe, además, cumplir con ciertas características como buena
precisión, ser no invasiva y de rápida ejecución; esto no quiere decir que en la industria se
utilicen este tipo de aparatos, sino que se utilizan los del tipo invasivo o sea los
tradicionales.
La medición de fluidos en la industria es importante, ya que un buen control del flujo
volumétrico y en algunos casos del flujo másico da como resultado un proceso exitoso
por lo tanto la elección del instrumento de medición se basa prácticamente en dos
aspectos:
A) Los requerimientos de la industria tomando en cuenta las características del fluido
(viscosidad, densidad, corrosión, etec.).
B) conocer los diferentes equipos que cubren las necesidades de operación del fluido.
Otra característica es conocer que variable se va a uilizar para la medición del flujo, ya
que, es una de la consideraciones importantes que se deben tener en cuenta, por lo que, de
acuerdo con lo anterior resumiremos los diferentes tipos de instrumentos de medición de
flujo en:
A continuación se muestran las principales características de los diferentes sistemas de
medición de flujos en forma resumida ya que después se hablará de estos mismos
sistemas pero de una forma más amplia.
Medidores de velocidad
0 Tubos pitot (diferentes tipos).
Características
- Miden flujos de líquidos, vapores y gases limpios
- Tienen una temperatura máxima de servicio de 500 "C
- Precisión de +- 1 al 2%
- Amplio campo de medida (m3)
- Son baratos y se colocan dentro de la tubería (invasivos).
Medidor de flujo de turbina
Características
- Miden flujos de líquidos y gases
- Temperatura máxima del fluido 300 "C
- Manejan de preferencia líquidos limpios pero también corrosivos
- Precisión +- 0.25%
- Se coloca dentro de la tubería (invasivo).
44

O Anemómetros
Características
- Miden flujos de gases
- Deben ser fluido no corrosivos
- La precisión depende de la calibración
- Se colocan dentro de la tubería (invasivo)
- Mide velocidades del fluido de 1 a 150 piesís.
O Medidor de corriente
Características
- Mide velocidades en canales abiertos (ríos y canales de irrigación)
- Mide velocidades del fluido de 0.5 a 15 piesís
- Tiene una precisión de -+ 2%
O Anemómetro térmico
Características
- Solo mide gases
- Mide velocidades medias de 0.5 a 100 piesís
- Con calibración adecuada miden velocidades de 0.5 pies/s hasta velocidades
supersónicas.
O Anemómetro de resistencia caliente
Caracter ís t icas
- Se utiliza en líquidos y gases
- Mayor resistencia mecánica en gases a alta velocidad y temperaturas elevadas
Medidores de carga
O Medidores tipo venturi
Características
- Mide sólidos en suspensión, líquidos viscosos, vapores y gases
- Sirve para campos de flujos grandes y pequeños
- Temperatura de servicio del fluido 500 "C
- Precisión de +- 1 a 2 %
- Se coloca dentro de la tubería (invasivo).
45

0 Medidores de orificio
Características
- Miden líquidos, vapores y gases (limpios)
- Temperatura máxima del fluido 500 "C
- Se coloca dentro de la tubería
- Tiene grandes pérdidas de carga
Medidores de area
0 Rotámetros
Características
- Miden gases, líquidos y vapores
- Trabajan en un amplio intervalo de presiones
- Temperatura máxima de servicio 250 "C
- Frágil y sensible a los golpes
- Es invasivo, ya que se coloca como parte de la tubería
0 Contadores
Caracter is ticas
- Se usan para líquidos y gases a baja y alta presión
- Son invasivos
- Fluidos no corrosivos
7.1 MEDIDORES DE VELOCIDAD
Medidores de velocidad: Miden las velocidades locales y puntuales mediante la
diferencia de presión de impacto y la presión estática. Los más conocidos son los tubos
pitot y sus variantes como el tubo pitot estático, el tubo pitot invertido o pitómetro.
Estos tipos de tubos tienen una temperatura máxima de servicio de 500" C. Además
existen los anernómetros que miden la velocidad de un gas, el medidor de flujo de turbina
y el medidor de corriente.
1.- Tubos pitot:
Los tubos pitot miden las velocidades locales o puntuales mediante la diferencia entre las
presión de impacto y la presión estática. El tubo pitot consta de un tubo de impacto cuya
abertura queda directamente frente a la corriente para medir la presión de impacto, y de
uno o más tomas o derivaciones de pared laterales para medir la presión estática local
(Fig.7.1).
46

El tubo pitot estático combinado que se ilustra en la figura 7.2 está compuesto por un
tubo de impacto recubierto con una o mas hileras de perforaciones u orificios en la
cubierta para medir la presión estática (Fig 7.1). Sirve para medir líquidos, vapores y
gases, deben de ser fluidos limpios y con una temperetura máxima de 5OO0C, se emplea
para flujos grandes.
TUBO ESTÁTICO DE PITOT PARA MEDIR LA VELOCIDAD LOCAL
Presión estática
Presión total
Figura 7.1
/
de sección circular
Existen ciertas limitaciones en lo que respecta a la gama de utilidad en los tubos pitot. En
el caso de gases, la diferencial es muy pequeña a velocidades bajas por ejemplo a 15 fVs,
la diferencia equivale solo a 0.045 pulg. de agua, aproximadamente para aire a 1 atm. lo
que representa un limite inferior de 1% para el error incluso cuando se emplea un
micromanómetro con una precisión de 0.00 1 pulg de agua.
Con líquidos a velocidades bajas, el efecto de efecto del numero de Reynolds en el
coeficiente es importante. El tubo pitot estático es más sensible a las desviaciones o
ángulo de ataque que el tubo pitot simple, debido a la sensibilidad de las tomas estáticas a
47

la orientación. El error comprendido depende enormemente de las dimensiones exactas
de la prueba. En general, deben evitarse ángulos superiores a 100 si se desea mantener el
error de velocidad a un nivel del orden de 1% o menos.
Se han construido tubos especiales de una gran variedad de formas de tubos pitot, por
ejemplo: el tubo de impacto o choque para mediciones de capas limítrofes y tubos
blindados para presiones totales, estos Últimos son insensibles a ángulos de ataque hasta
de 400.
El tubo pitot invertido, conocido también como pitómetro, tiene un orificio de presión
que se enfrenta corriente arriba mientras que el otro va corriente abajo, éste tiene un
aumento del 40% aproximadamente en la diferencial de la presión en comparación de los
tubos pitot estándar. En el comercio existen tubos muy compactos de pitómetros que
requieren de orificios relativamente pequeños para su inserción en un conducto.
Orificios pequeños Extremo cerrado
7
Mejor Aceptable Deficiente
2.- Anemómetros.
Figura 7.2
(Lecturas bajas)
Un anemómetro puede ser cualquier instrumento que sirve para medir la velocidad de un
gas, por ejemplo un tubo pitot, pero el término se refiere por lo común a cualquiera de
los tipos que se especifican a continuación.
Anemómetro de aletas: es un contador de revoluciones muy delicado que tiene cojinetes
de piedras preciosas, accionado por un pequeño molino de viento (usualmente de 3 a 4
48

pulg de diámetro) construido con aletas planas o ligeramente curvadas dispuestas en
forma radial. La velocidad del gas se determina utilizando un cronometro para calcular el
intervalo de tiempo requerido para que pase una cantidad especifica de gas según la
lectura del contador (Fig 7.3).
Figura 7.3
Los anemómetros de aleta se utilizan para efectuar mediciones de velocidad de un gas en
la gama de 1 a 150 piesís, aunque un instrumento dado tiene aproximadamente una gama
20 veces mayor a la nominal. La fricción de cojinete debe reducirse a un mínimo de
instrumentos diseñados para obtener lecturas de precisión en el extremo inferior de la
gama, cuidando de proporcionar la suficiente rigidez de rotor y aleta para efectuar
mediciones a velocidades superiores. Los anemómetros de aletas son sensibles a los
choques y no pueden utilizarse en atmósferas corrosivas. Por lo tanto, su precisión queda
en duda a menos que se hagan calibraciones frecuentemente y se conozca el historial del
instrumento posterior a la calibración.
3.- Medidor de flujo de turbina.
Consta de un tubo de flujo recto que contiene una turbina que gira libremente sobre un eje
montado sobre uno o más cojinetes y se coloca en la línea central del tubo, Se
proporcionan los medios necesarios para la detección magnética de la velocidad
rotacional que es proporcional al gasto volumétrico. Por lo general su uso se restringe a
fluidos no corrosivos y limpios (Fig 7.4). Aunque tambien se usan en fluidos corrosivos y
la temperatura de servicio del fluido puedes ser de 300 "C y tiene un campo de medida de
50 m3
49

Contador de turbina Dara medir la velocidad media
Figura 7.4
El anemómetro térmico. Se compone esencialmente de un conductor fino eléctricamente
calentado (casi siempre de platino) que se expone a la corriente gaseosa cuya velocidad se
desea medir. Un aumento en la velocidad del fluido, manteniendo todos los demás
factores iguales, incrementa la velocidad del flujo de calor del alambre al gas, tendiendo
con ello a enfriar el alambre y alterar su resistencia eléctrica. En un anemómetro de
corriente constante, la velocidad del gas se determina midiendo la resistencia resultante
del conductor; en el tipo de resistencia constante la velocidad del gas se calcula basándose
en la corriente requerida para mantener constante la temperatura del alambre y, por ende,
su resistencia. La diferencia entre estas dos clases de anemómetros se basa
primordialmente en los circuitos eléctricos y los instrumentos empleados. Con una
calibración apropiada, el anemómetro térmico puede medir con precisión velocidades de
O.Sft/s hasta velocidades supersónicas y detectar fluctuaciones de velocidades con
fiecuencias que ascienden a 200000 ciclos/s. Es factible construir unidades poco costosas
y resistentes para determinar velocidades medias comprendidas entre los limites de 0.5 a
100 Ws. En el comercio se dispone de unidades compensadas más complejas que se
50

Púas metálicas
Flujo Alambre caliente para comprobación
\ Resistencia
Cuerpo -
Roscado
Resistencia
al conductor
/
Aprox 200
Ohm
del puente
Figura 7.5
Resistencia variable
+-
20 V. D. C.
El anemómetro de termopar calentado. Mide la velocidad de un gas con base en el
efecto de enfriamiento de la corriente del gas que pasa por las uniones o juntas calientes
de una termopila alimentada con una entrada de energía eléctrica constante. Las uniones
alternas se mantienen a la temperatura ambiente compensando con ello el efecto de dicha
temperatura.
El anemómetro termistor consiste de una perla recubierta de vidrio, se emplea para
medir a bajas velocidades de fluido - hasta 0.003füs en el aire y 0.0007füs en el agua
7.2.- MEDIDORES DE CARGA.
Medidores de carea: Existen diferentes tipos de medidores como el medidor venturi
tipo Hershel, medidores de orificio con borde a escuadra, orificios con borde en el
cuadrante, orificios con borde segmentales, excéntricos y anulares.
Los tres últimos se usan para medir flujos de gases.
51

Principios generales. Si se coloca una constricción en un canal cerrado que contiene una
corriente de fluido, se registrara un aumento de velocidad y, por ende, incremento de la
energía cinética en el punto de constricción. Según el balance de energía dado por el
teorema de Bernoulli debe existir una reducción de la presión correspondiente. La
velocidad de descarga de la constricción puede calcularse si se conoce esta reducción de
presión, el área disponible para el flujo de la constricción, la densidad del fluido y el
coeficiente de descarga C. Este Último se define como la razón entre el flujo real y el flujo
teórico y permite un margen de seguridad para la contracción de la corriente y los efectos
de Ficción.
Medidores venturi. El medidor venturi estandar tipo Herschel (figura 7.6) consta de una
longitud corta de tubo que se conecta en cualquiera de los extremos de la tubería por
medio de secciones cónicas. Las proporciones recomendadas por la American Standars
Metrical (A.S.M.E. PTC) son ángulo del cono de entrada A1 = 21+- 2 grados, ángulo
del cono de salida A2 = 5 a 15 grados, longitud de la garganta = un diámetro de garganta,
toma de corriente arriba localizada de 0.25 a 0.5 diámetro de la tubería corriente arriba en
relación con el cono de entrada. Para asegurar mejores resultados, conviene que las
secciones recta y cónica estén unidas por medio de superficies curvas falsas (Fig 7.7 y
7.8). Este tipo de instrumentos es de los denominados invasivos, se utiliza para medir
sólidos suspendidos, líquidos viscosos, vapores y gases tiene poca perdida de carga,
debido a su forma tiene tendencia a tener incrustaciones. Su precisión es del +- 1 a 2 %.
P1
P2
I I Nivel de referpnria
Figura 7.6
la energía potencial
52

Flujo
Boquilla de Venturi
Fipura 7.7
53

Tubo de venturi
Flujo Flujo
Figura 7.8
Boquillas para fluio. En la figura se ilustra una forma simple de boquilla para flujo, que
consta básicamente de un centro corto con una sección realzada. El corte transversal del
reducimiento es de preferencia elíptico, aunque puede ser cónico. En general, la longitud
de la porción recta de la garganta mide aproximadamente 0.5 en diámetro de la misma, la
toma de la presión de la corriente arriba se localiza a un diámetro de tubería de la cara de
la entrada y la toma de presión corriente abajo es más o menos 0.5 del diámetro de tubería
de la cara de entrada. Para un flujo subsónico, las presiones en los puntos 2 y 3 será
prácticamente idéntico. si se prefiere la entrada cónica, se usara la entrada y la geometría
para un medidor venturi tipo Herschel omitiendo la sección de expansión.
Medidores de orificio. Como se observa en la figura 7.9, el orificio de borde de escuadra
o en borde afilado es una perforación con el borde a escuadra perfectamente bien cortado
en el que la paredes rectas son perpendiculares a la cara plana corriente arriba de una
placa delgada colocada en sentido transversal al canal. La corriente que sale de una
superficie de esta índole alcanza su sección transversal mínima (vena contracta) a una
distancia corriente abajo del orificio que varia en función de la razón B entre el diámetro
del orificio y el de la tubería (Fig 7.9 y 7.10). Este tipo de medidores son sencillos,
baratos e invasivos, producen elevadas pérdidas de carga; se usa solamente para fluidos
54

limpios y tiene problemas de cavitación, la temperatura máxima de servicio del líquido es
de 500 "C.
Flujo
Figura 7.9
Posición de los aguieros de toma de presión para una placa de orifici
Agujeros de rinen
Agujeros de platina
Figura 7.10
55

En el caso de un orificio circular centrado en la tubería, la diferencial de presión se mide
casi siempre entre uno de los siguiente pares de tomas o derivaciones de presión. A
excepción del caso de las tomas de pestaña, todas las mediciones de distancia del orificio
se hacen desde la cara corriente arriba de la placa.
1.- Tomas de esquina. Los orificios estáticos se perforan uno en la pestaña
corriente arriba y otro en la pestaña corriente abajo, haciendo que las aberturas queden tan
cerca como sea posible de la placa de orificio.
2.- Tomas de radio. Los orificios estáticos se localizan a un diámetro de tubería
corriente arriba y a 1/2 diámetro de tubería corriente abajo con relación a la placa.
3.- Tomas de tubería. Los orificios estáticos se localizan a 2 1/2 diámetros de
tubería corriente arriba y 8 diámetros de tubería corriente abajo con relación a la placa.
4.- Tomas de brida. Los orificios estáticos se ubican a 1 pulg. corriente arriba y 1
pulg. corriente abajo en relación con la placa.
5.- Tomas de vena contracta. El orificio estático corriente arriba queda entre 1/2
y 2 diámetros de tubería desde la placa. La toma corriente abajo se localiza en la posición
de presión mínima.
Las tomas o derivaciones de radio son las mejores desde el punto de vista práctico; la
toma de presión corriente abajo se localiza más o menos en la posición media de la vena
contracta y la toma de la corriente arriba está lo suficientemente alejada en este sentido
para que se vea afectada por la distorsión del flujo en la cercanía inmediata del orificio
(en la práctica, la toma corriente puede ir a 2 diámetros de tubería con relación a la placa
sin que esto afecte los resultados). Las tomas de vena contracta dan la carga diferencial
más grande para una velocidad de flujo dada, pero son inconvenientes si el tamaño de
orificio cambia de tiempo en tiempo. Las tomas de esquina ofrecen lo que a veces
constituye una enorme ventaja y que consiste en que las tomas de presión se construyen
dentro de la placa que lleva el orificio. Así pues, todo el aparato se inserta rápidamente en
una línea de tubería en cualquier unión de brida conveniente sin que se tenga que perforar
orificios en la misma. Las tomas de brida son también convenientes, puesto que con el
simple hecho de subsistir bridas estándar con rebordes de orificios especiales se tienen
tomas de presión adecuadas. Las tomas de tubería dan la presión diferencial más baja y el
valor obtenido se acerca al de la pérdida de presión permanente.
Los orificios con borde en el cuadrante. Tienen el borde redondeado en el lado
corriente arriba de la placa. El radio del borde cuadrante es igual al espesor de la placa
en la ubicación del orificio. Las ventajas que ofrece esta clase de orificio en comparación
con las de borde de escuadra o borde afilado son los coeficientes de descarga constante
que se extiende a números de Reynolds más bajos y tiene una menor posibilidad de
cambios importantes en dichos coeficientes debido al erosión a otros daños causados en la
forma de la entrada (Fig 7.1 1).
56

Tipos de entradas en una placa de orificio
Entrada cónica en una
placa de orificio
Figura 7.11
Entrada redondeada en una
placa de orificio
Los orificios segmentales v excéntricos. Se emplean a menudo para medir gases cuando
existe una posibilidad de que los líquidos o sólidos arrastrados se acumulen frente al
orificio circular concéntrico. Esto puede evitarse situando la abertura en la porción
inferior de la tubería. Para un líquido que arrastra a un gas, la apertura se coloca en el lado
superior. Las tomas de presión deben situarse en el lado opuesto con relación a la abertura
(Fig 7.12 y 7.13).
57

Placa de orificio en forma de segmento
Figura 7.12
Placa con orificio excéntrico
Figura 7.13
'ared del tubo
Aber mtura del tub
-
- -
ared del tubo
Abe rtura del a Irific :io -
58

Los orificios anulares se utilizan también ventajosamente para medir gases cuando
existe la posibilidad de que arrastren líquidos o sólidos, y también para medir líquidos
que arrastran un gas que está presente en concentraciones pequeñas.
Orificios de borde de escuadra afilado
I Flujo
Toma de radio
Figura 7.14
Medidores de codo. Un codo de tubería puede servir como medidor de flujo para
líquidos si la carga centrífuga diferencial generada entre los radios interno y externo del
mismo se miden utilizando tomas de presión localizadas de tal modo que queden
ubicadas a la mitad del recodo.
PRECISIÓN. Los orificios de borde de escuadra (fig. 7.14) y los tubos venturi se han
estudiado de una manera tan minuciosa y se han logrado tan buenas estandarizaciones,
que se pueden esperar reproducibilidades de 1 al 2% entre los medidores estándar cuando
son nuevos y están limpios. Por tanto, este es el grado de confiabilidad con que se puede
contar, suponiendo que llene los siguientes requisitos: 1) La medición precisa del medidor
diferencial, 2) La selección del coeficiente de descarga tomando en cuenta las
publicaciones especializadas en la materia, 3) El conocimiento exacto de la densidad de
fluido, 4) la medición precisa de la dimensiones críticas del medidor, 5) que la cara del
orificio corriente arriba sea lisa y 6) que se tenga una ubicación apropiada del medidor
con respecto a otros elementos distribuidores del flujo que haya en el sistema. También
59

debe tenerse cuidado para evitar incluso la corrosión más ligera o el ensuciamiento más
leve durante su uso.
7.3.- MEDIDORES DE ÁREA.
Medidores de área: En este tipo de aparatos la corriente que se va a medir pasa por una
constricción de área variable. Para medir la variación de flujo, en la literatura existen
diferentes tipos para medir gases y líquidos, de los cuales los más comúnes son: los
rótametros o contadores de jlujo de sección variable, contador de compuerta, contador de
orzjkio y obturador de contadores cuantitativos.
Contadores gravimétricos y volumétricos para medir líquidos y los más conocidos son:
los de lóbulos giratorios, los de paletas giratorias, de disco inclinable y el de pistón de
movimiento alternativo
Contadores volumétricos para medir gases son: Los contadores dehelle de gas seco, los
contadores de gas por desplazamiento de agua y los contadores de lóbulos giratorios.
Principios generales.. El principio básico de medidor de área ideal es el mismo que se
utiliza para el medidor de carga de tipo de orificio. La corriente que se va a medir se hace
pasar por una constricción; pero en lugar de observar las variación con el flujo, la
constricción de un medidor de área está dispuesto de tal modo que su tamaño se hace
variar para dar margen al flujo en tanto que la carga diferencial se mantiene constante.
Un ejemplo sencillo de medidor de área es la válvula de compuerta de tipo ascendente
provisto de tomas de presión estática antes y después de la compuerta y que tiene un
medio para medir la posición de vástago. En los tipos de medidores de área mas comunes,
la variación de la abertura se produce automáticamente mediante el movimiento de un
pistón con lastre o un flotador sostenido con el mismo fluido.
Rotámetros El rotámetro que se muestra en la figura 7.15 se ha convertido en uno de los
medidores de flujo más populares en las industrias de procesos químicos, y consta
básicamente de una plomada o un flotador que se mueve libremente en forma ascendente
y descendente dentro de un tubo vertical ligeramente ahusado que tiene el extremo
inferior más pequeño. El fluido penetra por el extremo inferior del tubo y causa que el
flotador se eleve hasta que el área comprendida entre el flotador y la pared del tubo es tal
que la caída de presión en esa constricción sea suficiente para sostener el flotador. Por lo
general el tubo ahusado se hace de vidrio y lleva marcada sobre la superficie una escala
casi lineal en la que la posición del flotador se observa visualmente como indicación del
flujo.
60

Existen tubos de vidrio y tubos metálicos de medición que son intercambiables. Los
rotámetros han dado como excelentes resultados tanto en gases como en líquidos a
presiones altas y bajas.
Un solo instrumento puede cubrir fácilmente una gama de flujo decuplicada y, con
flotadores de diferentes densidades, se llegan a cubrir gamas de hasta 200 veces el valor
inicial. Hay rotámetros con transmisores eléctrico, neumáticos y electrónicos para activar
registradores e integradores remotos, y controladores automáticos de flujo.
Los rotámetros no necesitan tramos rectos de tubería antes o después del punto de su
instalación. Las perdidas de presión son substancialmente constantes a lo largo de toda la
gama de flujo. Para obtener la mayor precisión posible en trabajos experimentales, el
rotámetro debe calibrarse con el fluido que se va medir. Sin embargo, la mayoría de los
rotámetros modernos tienen una fabricación de tal precisión, que, su rendimiento
corresponde muy cercanamente a una gráfica maestra de calibración para el tipo en
cuestión. Esta gráfica en cuestión se obtiene con el medidor en el momento de su
adquisición (Fig 7.15).
Este tipo de instrumentos de medición sieven para medir líquidos, vapores y gases tienen
un campo de medida de hasta 70 m3 y una precisión de +-0.25 %, son muy fiagiles,
sensibles a los golpes de ariete muy simples y económicos, tienen baja pérdida de carga y
se coloca como parte de la tubería por lo tanto se consideran invasivo.
Rotámetro de paso variable
\Y$\.$ -
Figura 7.15
Tubo de vidrir cónico
Flotador
Marcas de calibrado grabadas
en el tubo de vidrio cónico
61

Contadores de caudal de sección variable. El principio en que se basan estos
contadores es: si la presión diferencial a través de una instalación determinada es
constante y la clase de flujo no varía , el caudal que pasa por el orificio dependerá del área
de este y del factor de velocidad de acceso. Si la presión diferencial se mantiene constante
mediante el ajuste del área del orificio, esta área es realmente una medida del caudal que
pasa por ese orificio.
El rotámetro anterior es uno de estos tipos, pero existen otros, por ejemplo, el contador
de compuerta y el contador de orificio y obturador:
Contador de compuerta: La compuerta puede ajustarse a mano o por medio de un
motor eléctrico automáticamente regulado para mantener una caída de presión constante
a través del orificio. La posición de la compuerta se observa sobre una escala que puede
graduarse en unidades de caudal. Debe tenerse en cuenta que la relación entre el caudal y
el área A2 será estrictamente lineal debido al hecho de que el factor de velocidad de
acceso aumentará con un aumento de A2, esto es, que el caudal aumentará más
rápidamente que el área A2. Por tanto, si el desplazamiento de la compuerta debe ser
directamente proporcional al caudal, la anchura de la abertura A2 debe disminuir en la
parte superior, tal como se muestra en las figuras figuras 7.16 y 7.17
62

Contador de compuerta de paso variable
Figura 7.16
Compuerta ajustable
63

Compuerta de paso variable
Figura 7.17
La anchura de la
compuerta decrece
hacia la parte
superior
Contador de orificio Y obturador. Este contador se muestra en la figura 7.18. El
obturador cónico tiene una forma tal que el área del espacio anular entre él y el orificio es
proporcional al desplazamiento de ascenso del mismo. por tanto, la altura que sube el
obturador cuando un fluido pasa por el instrumento, es una medida del caudal.
64

Contador de orificio y obturador de Daso variable
Figura 7.18
Contadores cuantitativos: Estos contadores miden la cantidad total de fluido que ha
circulado en un tiempo determinado. Si la cantidad de fluido medida durante cierto
tiempo se divide por el tiempo, puede determinarse el valor medio del caudal. Los
contadores cuantitativos pueden dividirse en dos clases:
1 .- Los que indican el peso del fluido que ha circulado.
2.- Los que indican el volumen de fluido que ha circulado.
Contadores Eravimétrico: Cuando un líquido fluye en cantidades suficientemente
pequeñas puede usarse un depósito gravimétrico para obtener el peso del líquido
descargado en un periodo determinado. Siempre que se conozca la densidad del líquido,
podrá calcularse el volumen del caudal circulante.
Contadores volumétrico: Existen un gran número de contadores de desplazamiento
efectivo para medir el gasto de líquidos cuando se requiere el máximo grado de precisión.
El principio según el cual funcionan estriba en que, al pasar el líquido por el aparato hace
mover un elemento de medición formando un cierto número de compartimientos de
volumen determinado.
En tanto que el elemento se mueve, estos compartimientos se llenan y vacían
sucesivamente.
Así, para un ciclo del elemento de medición, pasa una cantidad de un líquido conocida a
través del contador entrando por un orificio de alimentación y saliendo por otro de
expulsión. El numero de ciclos del elemento de medición puede estar indicado por medio
de una aguja que se desplaza sobre una escala. Algunos de los contadores volumétricos
típicos de desplazamiento de líquido son:
65

a) El contador de lóbulos giratorios.
b) El contador de paletas giratorias.
c) El contador de disco inclinable.
d) El contador de pistón de movimiento alternativo.
Estos contadores son extremadamente útiles para medir flujos pulsativos, ya que las
pulsaciones no afectan a su precisión. También pueden efectuarse medidas más precisas,
con líquidos de viscosidad elevada que con otros contadores de caudal. Debido a su gran
precisión, estos contadores se usan frecuentemente para medir caudales de aceite y agua a
efectos de contabilización . Si varía la temperatura, la densidad y la viscosidad del líquido
a medir respecto a los valores correspondientes a las condiciones de calibrado, ello puede
dar lugar a errores. Por tanto, estos contadores suelen calibrarse in situ, especialmente
cuando se han de utilizar ara medir el caudal de líquidos de gran valor con fines de
contabilización (figuras 7.19, 7.20, 7.21 y 7.22).
1 Entrada r
Contacto de
frotamiento
Contador volumétrico de lobuios giratorios
FiPura 7.19
\
66

Contador volumétrico de paletas aleatorias para huidos
Figura 7.20
67

Contador volumétrico para iíquidos de disco inclinable
Eje conectado al contador
Figura 7.21
Cojinete
Contador volumétrico Dara iíauidos de DbtÓII con movimiento alternativo
Entrada
Guía
Figura 7.22
Entrada (detras de la salida)
68

Existe un cierto número de contadores volumétricos para medir gases siendo los más
comunes :
a) El contador de fuelle de gas seco
b) El contador de gas por desplazamiento de agua
c) El contador de gas de lóbulos giratorios.
El contador de tipo de JUeZZe se utiliza para medir caudales reducidos de gas a poca
presión.
Este contador consta de una parte superior y otra inferior; la parte superior comprende
una cámara de gas A, la cual recibe un suministro constante de gas desde la boca de la
entrada. Una disposición sencilla constituida por una válvula permite que el suministro de
gas pase, a intervalos predeterminados, dentro de las cuatro cámaras de medición
inferiores. La parte inferior está dividida verticalmente por un tabique metálico B, estando
a cada lado del mismo fijados los fuelles constituidos por un diafiagma de cuero y un
disco metálico. por tanto la parte inferior de la caja queda dividida en cuatro
compartimientos de medición separados. ( Ver Fig 7.23).
Diagrama que muestra la disposición de los compartimientos
de medición en
I
el contador de pas del tipo de fuelles
. Entrada
A
L
Diafragmas de cuero
I
Fipura 7.23
O
O: Cámara en el que
entra el gas. Se comprime
El fuelle N
L: Cámara vacia
Disco metálico
7
El movimiento de los fuelles sirve para accionar las válvulas que regulan entrau de
gas a las cuatro cámaras de medición, estimándose la cantidad de gas suministrado por el
número de veces que la cámaras se llenan y vacían. Esto se consigue contando el número
de movimientos horizontales de los diafiagmas.
69

El contador sencillo por desplazamiento de agua que se utiliza en los laboratorios con
caudales de gas reducidos. Al entrar el gas por un orificio próximo al centro del aparato,
se dirige hacia adentro de un segmento del rotor, lo que hace que éste flote sobre la
superficie del agua. El rotor es obligado a girar por la corriente del gas y este se descarga
por un orificio de salida situado en la parte superior. La medición consiste en contar las
revoluciones, ya que cada segmento de rotor descarga una cantidad conocida de gas. Con
valores reducidos del caudal, la caída de presión a través del aparato será de poco valor,
pero se incrementara rápidamente al aumentar el caudal. ( Ver Fig 7.24).
Rotor
Fiaura 20
Fieura 7.24
El contador de ZóbuZos giratorios es similar al empleado para líquidos. Estos contadores
se usan normalmente para presiones de hasta 70 Pa, aproximadamente, pero existen
modelos para hasta 340 Pa.
70

7.4.-AFORADORES DE MASA.
Aforadores de masa: existen dos clases principales de medidores de gasto de masa:
a) medidores de gasto de masa o vertedero
b) medidores de gasto de masa inferencial.
PrinciDios generales Existen dos clases principales de medidores de gasto de masa: 1) el
llamado medidor de gasto de masa o vertedero que responde directamente a la velocidad
de gasto de masa y 2) el medidor de gasto de masa inferencial, que mide por lo común el
gasto volumétrico del fluido y su densidad por separado. Se han fabricado varios tipos de
medidores de gasto de masa vertederos, incluyendo los siguientes: a) el medidor de gasto
de masa de efecto Magnus, b) el medidor de gasto de masa de momento transversal para
flujo axial, c) El medidor de gasto de masa de momento transversal para flujo radial, d)
el medidor de gasto de masa de momento transversal giroscópico y e) el medidor térmico
de gasto de masa. El tipo b constituye la base de varios medidores de gastos de masa
comerciales que se describe a continuación.
Medidor de gasto de masa de momento transversal para fluio axial.( conocido
también como medidor de gasto de mas de momento angular ). Una de las aplicaciones de
este principio comprende el uso del flujo axial que pasa por un propulsor activado y una
turbina puestos en serie. El propulsor le imparte una cantidad de movimiento o momento
angular al fluido que, a su vez, genera un par de fuerza que se comunica a la turbina a la
que se le impide girar por medio de un resorte. El par, que se puede medir, es
proporcional a la velocidad de rotación del propulsor y al gasto.
Medidores de vasto de masa inferencial.
categoría, pero solo mencionaremos uno:
Hay varias clases de aparatos en esta
Medidores de carga con compensación de densidad. Los medidores de carga tales
como orificios, tubos venturi o boquillas se utilizan con uno de los diverso densitómetros
disponibles.
7.5.- MEDIDOR DE FLUJO ULTRAS~NICO
Medidor de fluios ultrasónico: Mide las frecuencias de una señal ultrasónica reflectada
en las discontinuidades del flujo del fluido.
El principio básico de operación es la medición de frecuencia de una señal ultrasónica
reflectada en las descontinuidades en el flujo del liquido. En teoría estas descontinuidades
pueden ser virtualmente cualquiera de las burbujas suspendidas, solidos o interfases
causadas por flujo turbulento. Los transductores reciben y generan señales ultrasónicas
mandando los datos al transmisor. El transmisor procesa la señal y provee una señal
71

análoga de salida para indicaciones de velocidad y volumen total. Ademas, el transmisor
contiene una señal indicadora que determina con una operación satisfactoria de un liquido
limpio. La frecuencia es una función lineal de el rango de flujo que es condicionante en el
circuito con producción estable, repetitible y de indicación lineal.
El medidor de flujos puede ser usado como un medidor direccional con igual exactitud y
repetitibilidad. Este puede operar con señales recibidas con una turbulencia en el aparato
y con esto se emplea un filtro digital linealizado.
Este tipo de aparatos tiene las caracteristicas de que es pequeño, ligero y facil de operar.
Su costo es medio y su caracteristica principal es que no es invasivo por lo tanto su
pérdida de carga es nula.
Se puede usar en líquidos y gases con un campo de medidad de 0.5 a 6 m3, con una
precisión de +- 0.1 %, el rango de temperaturas en el equipo electrónico y en los sensores
es de -25 a 85 "C y - 40 a 150 "C respectivamente.
Una de sus características principales es que es portátil, y como no es invasivo puede
medir flujos de líquidos contaminados, corrosivos o por otras razones en donde no es
fácil de medir con aparatos convencionales, es de bajo costo que de acuerdo con otros
aparatos convencionales para medir solidos o lodos (figura 7.25).
Fimra 7.25
Emisor de Rayos Gamma.
I I
Es el más reciente de los medidores de flujo, es un medidor portátil que utiliza un emisor
de rayos gamma que va adherido en un extremo de la tubería y, en el extremo opuesto, un
detector de este tipo de radiación. Antes de inicializar el medidor se deben introducir
partículas de algún material y de cierto tamaño para que puedan ser detectadas y así
conocer la velocidad del fluido. Con ayuda de una interfase, el detector manda los
72

esultados a una computadora la cual lleva un control de las mediciones registradas, en
los intervalos de tiempo programado, además de que hacer uso de los registros
convirtiéndolos en gráficas o almacenarlos para cuando sea necesario.
73

En este trabajo fue esencial conocer las causas de la crisis energética que empezó desde la
segunda mitad de los años setenta, en donde el ahorro o uso irracional de la energía han
sido las bases fundamentales para mantener los niveles de bienestar y desarrollo de las
sociedades industrializadas; así mismo, en nuestro país cada vez hay mayor interés en
promover planes, programas y medidas de uso eficiente de la energía, con objeto de
mejorar la competitividad y productividad en el sector comercial e industrial.
En el transcurso de este trabajo se hablo de que la medición de fluidos gaseosos y líquidos
es fundamental para la caracterización y establecimiento de balances de materia y energía.
en el caso de los estudios de ahorro de energía, el conocimiento de los flujos de las
distintas corrientes es fundamental para establecer la eficiencia actual de operación, así
como los posibles potenciales de ahorro. No obstante, la mayor parte de las técnicas de
medición de flujos recurren a los denominados “métodos invasivos”, es decir, que
requieren para su utilización para el sistema a evaluar, incorporar el aparato de medición
de flujo, tomar los datos y volver a parar el sistema para retirar el equipo. Aunado a esto,
en la mayor parte de las instalaciones industriales esto no es compatible con el tipo de
actividades a desarrollar.
Por lo anterior, en las auditorías energéticas se utilizan tecnologías novedosas de
medición de flujo, recientemente ha la llamada “medición ultrasónica”, basada
precisamente en este principio. Con estos dispositivos es posible medir la velocidad de
flujo sin interferir en el proceso, ya que es una medición externa o no invasiva. sin
embargo, su propia novedad impide su uso indiscriminado pues no se conocen
ampliamente las limitaciones de los aparatos.
El uso apropiado de la energía con la tecnología adecuada es una meta a seguir para llegar
a optimizar los procesos, tener un medio ambiente mejor y disminuir los costos son los
objetivos de los diagnósticos energéticos, en esto la utilización de los equipos portátiles
juegan una gran importancia ya que también optimizan el tiempo y facilitan las
mediciones en lugares en donde no es fácil medir ya sea por las características del fluido
o por lo inaccesible del mismo lugar. Es por eso que el uso del medidor de flujos
ultrasónico es esencial en estos usos. De lo que podemos decir que la utilización de el
equipo descrito en el trabajo es posible y para la Universidad es necesario que se utilice
este equipo en las prácticas de la Materia de Mecánica de Fluidos, para que el estudiante
vaya conociendo lo que hay en la industria y pueda facilitarle su desarrollo profesional en
el campo de las auditorias energéticas.
75

Curren Advanced in Sensor
Be Jones, Cap. 14
Medical and Industrial Applications
Resolution ultrasound
De. Trillas Barcelona.
Mediciones en Ingeniería
Collet, V. C.
Editorial Gustavo Gili
México, 1989
Manual del Ingeniero Mecánico
Capitulo 6
Editorial
Nueva York, 1989
Medición de Flujos de Fluidos
y Accesorios
Crane, A. D.
Measuring Devices
Chapter 7
Flow Measurament.
Administración y Ahorro de Energía
Juan José Ambríz García y Hernando Romero P.
UAM - I
México, D. F., 1993
Hidráulica
Horace W. K. Chester O.
Editorial Trillas
5" Edición México, 1990
Manual de instrumentación aplicada
Douglas Considine
tomo1
De, Continental
Barcelona, 1989.
Medical Device and Instrumentation
Jhon G. Webster
Vol. 3 y 4
Editorial Mc Graw Hill, 1992
77

A Microprocessor-Based Ultrsonic Flow-Velocity Measurament System
IEEE Transactions on Instrumentation and Measurament
Vol. IM- 34 NO. 3
September 1985
Digital Signal Processing Techniques for High Accurncy Ultrasonic Range Measurament.
IEEE Transactions on Instrumentation and Measurament
Vol. 40 No. 4
August, 1991
Digital Time of Fligth Measurament for Ultrasonics Sensor
IEEE Transactions on Instrumentation and Measurament
Vol. 41 No. 1
Febraury, 1992
78

INSTRUCCIONES GENERALES
Y MANUAL DE OPERACIÓN
MEDIDOR ULTRASÓNICO
DE FLUJOS
Modelo MKI-900, MKI-902
80

-
TABLA DE CONTENIDO
MK3 - 902
Sección Páginas
1 Especificaciones y modelos 1 a2
2 Teoría de operación y aplicaciones 3a5
3 Verificación de funciones e instalación 6a8
4 Operación 8a21
Modelo MKI - 902-UP
Dibujos
091- 1036-001 (nota
091 - 1037-001 (nota
091 - 1035-001
Gráficas
Descripción
) Transmisión de cadena
) Formas de onda
Diagrama de transmisión del
panel de control.
Nota 1 :
La disponibilidad del rango de calibración y diagramas de circuitos se deben
consultar solamente con el personal de servicio especializado de empresa
con quien se suscribió el contrato.
81

SECCIÓN 1
82

TRANSDUCTORES
83

Teoría de operación y aplicaciones.
SECCIÓN 2
Medidor de flujo ultrasónico Mark 3
El medidor de flujos Dynasonics Mark 3 está diseñado para medir flujos de líquidos y
líquidos lodosos en tubos con diámetro mínimo de 1 pulgada. La pared del tubo no puede
ser porosa o tener solamente vacío entre el transductor y el líquido. Usualmente cualquier
tubo de metal o plástico es satisfactorio. Los tubos pueden tener un campo de calibración.
Para instalaciones permanentes el transductor se fija con silicón de caucho al exterior del
tubo, para mediciones temporales puede acoplarse acústicamente con grasa de silicón. Se
requieren dos transductores.
El principio básico de operación es la medición del cambio de frecuencia de una señal
ultrasónica reflejada en las discontinuidades en el flujo del liquido. En teoría, estas
discontinuidades pueden ser virtualmente cualquier burbuja suspendida, sólidos o
interfases causadas por el flujo turbulento. Los transductores que generan y reciben las
señales ultrasónicas mandándolas al transmisor que procesa una señal y provee una señal
analógica de salida para la indicación de velocidad y volumen total. Además, el
transmisor contiene una señal indicadora que determina la operación satisfactoria con un
líquido limpio.
La frecuencia es una función lineal del rango de flujo que es condicionante en el circuito
con producción estable, repetitible e indicación lineal.
El medidor de flujos puede usarse como un medidor unidireccional con igual exactitud y
repetibilidad. Este operará con señales recibidas de una sola turbulencia y desde el
aparato se emplea un filtro digital linealizado.
84

Si la fuerza indicadora de la señal muestra una baja lectura en el área RED y/o si la señal
analizada indica LED ésta es mandada a OFF, esto nos indica que es una aplicación
deficiente.
La mayor parte de los líquidos pueden ser medidos con el medidor de flujos previamente
calibrado, sin embargo líquidos con altos niveles de sólidos (p. e. más de 10%) o tubos
con revestimiento pueden necesitar una calibración en el sitio de medición, cuando esto
es realizado se cambia el parámetro de entrada de la tecla CAL y se hacer concordar el
indicador con una velocidad de flujo conocido (nota: la salida de 4-20 mA no es afectada
con la tecla CAL).
La no invasión y la perdida de obstrucciones: Del principio de operación el transductor
puede ser montado en el exterior del tubo, o conducto, esta su mayor ventaja. Por lo tanto
se obtiene una lectura del flujo sin interrumpir el proceso y con un aparato que no
requiere mantenimiento o aseo periódico. Debido a que no hay contacto con el líquido,
esto no afecta la limpieza, al material de construcción, corrosión, abrasión o contacto.
Dificultad para las mediciones de fluio de líquidos: Se necesitan tener alguna práctica
para medidas de flujo, pero después de obtenerla las mediciones de flujo, anteriormente
imprácticas ahora pueden ser simples y rutinarias. Algunos ejemplos incluyen: agua
potable, aceites lubricantes, líquidos corrosivos y otros líquidos similares dificiles.
Básicamente si hay flujo en una tubería puede ser medido con una variación de este
instrumento.
85

Tiene cuatro áreas de aplicación y son:
1.- Donde se necesita un aparato portátil.
APLICACIONES
2.- Donde se necesita un aparato no invasivo debido a requerimientos de instalación o
por propiedades del líquido.
3.- Donde el líquido está contaminado, es corrosivo o por otras razones en donde no
es fácil medir con aparatos convencionales.
4.- Bajo costo de acuerdo con otros aparatos convencionales para fluidos con sólidos
o lodos.
Una lista parcial de instalaciones incluidas son
O prueba bombas
0 Aguas cloacales (drenaje).
o Afluentes.
0 Papel y pulpa.
0 Aceite combustible.
O Agua para tomar.
O Azúcar liquida.
O Leche
O Jugos cítricos
0 Aceite lubricante.
0 Agua de servicio.
0 Agua potable.
O Agua de manantial.
0 Líquidos cáusticos
0 Ácidos.
86

SECCIÓN 3
Verificación de funciones (antes de instalar)
El medidor de flujos puede ser verificado fuera de operación para una conveniente
operación, por lo consiguiente: con el sistema propiamente conectado y energizado, las
caras de los transductores deben estar separadas aproximadamente 152 mm y moverse
hacia cualquiera de los otros lados 25 mm. Esto puede causar que se mueva el indicador
de escala. Si no es así, pare y revise el sistema antes de proceder.
Consideraciones en la instalación del transductor.
Puntos a tener en cuenta.
1.- Si se requiere la totalización del fluido medido el tubo deberá permanecer lleno para
resultados reales.
2.- Si se desconoce la cantidad de partículas suspendidas se deben montar los
transductores a 10 diámetros mínimo de curvas del tubo bajo corriente o al primer punto
conveniente. Si la lectura no puede obtenerse bien, entonces mover el transductor de 1 a
5 diámetros corriente abajo de un codo.
3.- Cuando existan bastantes partículas suspendidas o burbujas, seleccione un sitio al
transductor con un mínimo de 10 diámetros de tubo corriente abajo ó 5 diámetros
corriente arriba, como convenga más. Un flujo simétrico es más exacto y repetitible para
el rango de operación de la medición. Localice como mínimo a unos 20 diámetros
corriente abajo de protuberancias, de orificios, etc..
4.- Cuando el líquido tiene menos de 2 ppm (partículas por millón) de sólidos
suspendidos, monte los transductores de 1 a 5 diámetros corriente abajo de un codo y
fuera de 90" del codo plano, esta recolocación de transductores es necesaria cuando la
fuerza de la señal medida se lee en el área de RED, con una alta sensibilidad de ajuste y/o
si la señal analizada del indicador LED es mandada a OFF. (nota si el analizador de la
señal medida se activa hacia el lado derecho se presenta el efecto doppler ideal si en ese
lapso se va hacia la izquierda se puede formar un efecto doppler indeseable).
Cuando en alguna de la señales analizadas es poca la duración de medición de flujo, la
señal del efecto doppler está fuera de rango del filtro digital y puede ser sujeto a errores
de medición.
5.- El par de transductores deben estar colocados a 180" con sus caras mirando una a la
otra.
87

Acoplamiento acústico.
Para la conveniente operación no debe de haber vacío de aire entre la cara del transductor
y el tubo. Este espacio puede ser llenado con un material que sea buen transmisor del
sonido tal como:
Grasa de silicón: Ésta se utiliza para fijar los transductores en las instalaciones para
mediciones temporales. En su elección se debe tomar en cuenta la temperatura del tubo.
Silicón de caucho: Se utiliza para fijar los transductores en las instalaciones para medidas
permanentes o por largos periodos de tiempo. Su elección se debe tomar en cuenta la
temperatura del tubo, asi como, que sea buen fijador y de fácil removilidad.
Instalación y preparación del tubo.
El cable del transductor T-903 está provisto con 6m de cable desmontable y un conector.
Preparación del tubo: Para un montaje permanente con un adhesivo de silicón, después
de determinar la localización del transductor, que es la condición más importante del tubo
y antes de que la cabeza del transductor se sujete a la superficie del tubo, se debe limpiar
un área suficientemente grande como la cabeza del transductor (rectángulo negro) a
metal desnudo. Se debe remover medianamente de toda pintura, herrumbre y demás.
Algún pedazo menor de tubería puede causar problemas como que la medición puede
disminuir con la recepción de señales. En caso de que un tubo de plástico se use, se debe
remover toda la pintura y grasa, estar todo pulido y totalmente seco.
Montaje de transductores: El centro del transductor debe montarse paralelamente al
centro del tubo. El transductor no debe montarse en curvas codos o protuberancias. Cada
refuerzo puede ser montado paralelamente del transductor al eje axial del tubo o bien al
plano del piso. En un tubo horizontal el transductor debe estar montado a 90" de la cima.
Preparar la superficie del tubo como fue descrito anteriormente y finalizar la superficie
del tubo con papel esmeril (lija) y limpiar la superficie con tricloroetileno, al acabar
desengrase la superficie de contacto. La superficie del transductor debe tocar totalmente
toda la longitud del tubo que ha sido limpiada. El transductor puede tener una asidera
para suplir a la banda elástica. En este caso la banda debe asegurarse alrededor del tubo
por un tornillo. Después se aplica la grasa de silicón a la cara del transductor, se tira de la
banda elástica y se resbala en el transductor haciendo una "v" entre el transductor y la
banda. Hacer lo mismo con el segundo transductor. Ajuste la banda elástica como sea
necesario para tener los transductores sujetos al tubo con 1 ó 2 lbf.
Para un montaje permanente, usar un buen adhesivo de silicon, extender 3 capas en la
superficie de la cara de transductor. Extender más silicón al tubo preparado y presione la
cabeza firmemente al tubo. Dejar bastante silicón liquido al llenar en toda el área abajo de
la cabeza. Al mismo tiempo colocar la banda en su lugar hasta donde se colocó el silicón.
88

Un relleno de silicón entre la cara del transductor y el tubo permite una alta transmisión
ultrasónica.
No encender el aparato hasta que se halla puesto el silicón adhesivo y se asegura que no
haya movimiento relativo entre el tubo y el transductor, cuando halla pasado determinado
tiempo (aproximadamente 24 hr). Observar que la banda esté suficientemente apretada.
Montaie temporal y chequeo del luear. Para montaje temporal, limpie el tubo como fue
descrito anteriormente y use grasa de silicón. Con el material acoplado acusticámente
sujetando con la mano para lecturas en su lugar o con un tornillo para periodos
indefinidos.
89

Operación
Series 900-Up
Sección 4
El medidor de flujos Dynasonics Mark3-Up se proveerá su uso con un método simple: el
cambio de velocidad de flujo entre los datos de flujo volumétrico y el total de su escala.
Ventana mostrada
Panel de control digital:
Botón de escala total: Presione para seleccionar el intervalo de escala total de 0.3 a 8
MPS con lo números del teclado en modo enter.
90

Botón I. D.: Presione para seleccionar el diámetro interno actual del tubo con los
números del teclado en modo Enter de 25 a I150 mm.
Botón Vol/Pulse: Presione para seleccionar el totalizador mostrando el multiplicador
con los números del teclado en modo enter
Botón # O = Unidades * 1
Botón # 1 = Unidades * 10
Botón # 2 = Unidades * 100
Botón # 3 = Unidades * 1000
Botón # 4 = Unidades * 10000
Botón # 5 = Unidades * 100000
Botón ## 6 = Unidades * 1000000
Botón de Calibración (CAL): Presione para seleccionar el factor de calibración deseada
con los números del teclado en modo Enter de 3 a 200% de flujo (Nominal 100%).
Botón Reset: Presione dos veces en modo enter para borrar todos los parámetros para
inicializar co nuevos valores.
Botón Test: Presione en modo enter para borrar todos los parámetros al inicializar
valores.
Botón Damp: Presione al seleccionar el factor de sensibilidad con los números del
teclado en modo enter de 0.5 a 20 (2 segundos) para intervalo de tiempo entre dos
pantallas consecutivas.
Botón Units: presiónese al seleccionar el desplegado unitario con los números del
teclado en modo enter.
Botón #1 Metros por segundos sin mostrar el totalizador.
Botón #2 Litros por minuto con totalizador.
Botón #3 Metros cúbicos por hora con totalizador.
Para introducir valores menores que uno, presione cero punto decimal y el número
deseado.
Botón RudEnter: Presione al cambiar de modo Run o de modo enter.
Botón de Punto Decimal: Presione (solamente durante modo Run)
91

Una vez al parar el totalizador para el desplegado total.
Dos veces para limpiar el totalizador y la pantalla.
tres veces para recomenzar el totalizador y el desplegado.
92

Operación básica
Nota: La carga de la batería debe ser suficiente o se debe cargar toda antes de empezar el
procedimiento siguiente.
1.- Generalidades.
Girar el botón de poder en encendido (ON) Dynusonics aparecerá en la pantalla de
desplegado, con los siguientes parámetros se inicializa a menos que sean cambiados por
operador:
I. D. 25 mm.
Full scale 1.5 MPS
VoWulse O
Units 1
Caí 100%
DAMP 1
2.0 Modo Entry: al poner cualquier parámetro, después de que el medidor de flujos ha
sido puesto en ON como paso número 1, presione cualquier botón del parámetro deseado
e introduzca nuevos valores con el teclado.
2.1 De cualquier modo al cambiar un parámetro cuando el medidor de flujos está en
modo RUN primero presione el botón RUNBNTER, en la pantalla mostrara ENTRY
MODE entonces presione cualquier botón del parámetro deseado e introduzca valores
con el teclado, como paso número dos.
3.0 Introducción de Parámetros: el botón de parámetros puede presionarse en
cualquier secuencia -cualquier número de veces-. Si un parámetro es incorrecto
simplemente oprima el botón del parámetro deseado y reintroduzca el valor correcto.
Nota: No se aceptan más de 6 dígitos y se bloquea el teclado, presione el mismo botón
del parámetro para volver activar el teclado.
3.1 .- Si un parámetro es incorrecto puede aparecer alguno de los tres mensajes en la
esquina inferior derecha de la pantalla, después de que un botón de algún parámetro se
oprime:
OVER ! El valor ingresado es demasiado alto para el parámetro.
UNDER ! El valor ingresado es demasiado bajo para el parámetro.
RANGE ! El valor ingresado es inapropiado para el parámetro.
93

Si uno de los mensajes aparece, el teclado de entrada al sistema no realizará alguna otra
función, hasta que el parámetro (valores) sea correcto. Para dar cualquier otro valor
simplemente introduzca el valor en el canal correcto del teclado y el nuevo valor
sustituirá el mensaje.
4.0 .- Diámetro interno. Con el medidor de flujos colocado en los pasos 2.0 y 2.1 y si,
por ejemplo, la medición del flujo se realiza para un diámetro externo de 44.45 mm y
tubo de cédula 40 (con I. D. de 30.75 mm), presione la tecla I. D. y los datos se
introducen de la siguiente manera 3 U . 7 5 con el teclado entonces se mostrará en la
pantalla
Nota: El parámetro de diámetro interno que introdujo se utilizará solamente para datos de
flujo, no se necesita introducir este parámetro para la medición de velocidades (MPS).
5.- Poner escala total. Con el medidor de flujos puesto en los pasos en 2.0 o 2.1
seleccione la escala total deseada en el intervalo de 0.3 a 8.0 MPS en incrementos de 0.01
MPS.
Para más aplicaciones y donde no se necesiten salidas de 4-20 mA, poner la escala total a
8 MPS; por ejemplo presione el botón Full Scale en 8 con el teclado y la pantalla
mostrada será
Nota : De 4-20 mA de salida seguira la entrada de parámetro de escala total de entrada.
(P. E. si la selección F. S. fue de 1.5 MPS F. S.; 4-20 mA de salida pueden ser 20 mA a
1.2 MPS, etc.)
94

6.- Selección de unidades: Con el medidor de flujos inmóvil en modo de inicio, por
medio de los pasos 1 .O y 2.0 presione el botón Units la pantalla mostrará
Si los datos del flujo volumétrico o la función totalizada no es la deseada, no necesita
otros "Units" de entrada. La pantalla mostrará la velocidad del flujo en MPS.
6.1 .- Poner en MPS (Metro por SePundo). con el medidor de flujo puesto en el paso
2.1 y con entradas previas de volúmenes presione el botón Units, entonces introduzca el
código de unidades MPS, presionando el botón 1 en el tablero la pantalla mostrara
Nota : La función totalizada no podrá estar disponible para FPS.
6.2.- Poner LPM (Litros por Minuto, con totalizador): Con el medidor de flujos
puesto en los pasos 2.0 o 2.1 presionen el botón Key entonces se introducen los códigos
unitarios LPM al presionar 2 en el teclado.
Al mostrarse las nuevas unidades de parámetros de entrada presione el botón Units al 2"
tiempo entonces la pantalla mostrará:
6.3.- Poner CMH (Metros cúbicos por hora, con totalizador): Con el medidor de
flujo puesto en los pasos 2.0 o 2.1 presione el botón Units. Para introducir unidades en
código CMH presionar 3 en el teclado. Para mostrar las nuevas unidades en el parámetro,
presione el botón Units por 2" vez. La pantalla mostrar
95

7.0 .- Poner VoWulse : Mostrará el totalizador multiplicador de flujos puesto en los
pasos 2.0 y 2.1 y con parámetros de unidades puestos en flujo volumétrico presione el
botón VoWulse y se mostrará indicando la inicialización totalizada multiplicada.
Seleccione el valor del código multiplicador mostrado abajo y seleccione el multiplicador
como sigue
Nota: El totalizador totalizara 4.295~1 O9 unidades solamente cuando una porción del
total puede ser seleccionada por la pantalla. Por ejemplo si el totalizador deseado es
xl000 se introduce el código 3 en el teclado. Al ser seleccionado el parámetro presione
simplemente el botón VoLÍpulse por 2a. La pantalla mostrara
8.- Selección de amortiguamiento.- Con el medidor de flujo en el paso 2.0 ó 2.1, oprimir
el botón DAMP. seleccionar el factor de amortiguamiento desde 0.5 a 20 (por ejemplo:
factor de amortiguamiento x 2 segundos = tiempo transcurrido entre dos actualizaciones
de la pantalla). Para la mayor parte de las aplicaciones, un factor de amortiguamiento de
0.5 será suficiente (equivalente a un segundo entre actualizaciones). En caso de ser
necesario algún ajuste: por ejemplo, para el valor seleccionado de 0.5 introduzca 0.5 en el
teclado. La pantalla del display indicará:
96

Nota 1: Cuando introduzca números inferiores a la unidad siempre teclee el O, el punto
decimal y el número, como se señalo antes.
Nota 2: Los 4-20 mA de salida no son afectados por el botón de DAMP. Si fuese
necesario puede ajustar la llave R17 del DAMP en la tarjeta de circuito principal.
9.- Ajustar calibración.- Con el medidor de flujos en los pasos 2.0 ó 2.1, seleccione el
porcentaje deseado de calibración de flujo, si fuese diferente de la nominal o de la
inicialización del 100%. Por ejemplo: oprima el botón CAL si la pantalla debe indicar
5% más, entonces introduzca 1.05 en el teclado. La pantalla mostrará
Botón de prueba.- Con en medidor de flujos en los pasos 2.0 ó 2.1 oprima el botón
TEST al hacerlo aparecerá "OPERAND" y una salida directa del convertidor analógico
al digital de O a 255, el dato de la lectura de flujo es dependiente. Presionando el botón
TEST una segunda y una tercera vez siempre avanzará la parte derecha hacia la lectura en
escala completa de 255, en esta escala completa el valor establecido es de 0.65 MPS. El
número de 255 no significa nada excepto como una escala completa de referencia.
Nota 1: La salida de 4-20 mA también será a plena escala de 20 mA.
Nota 2: Si se desea otra salida diferente a la plena escala, hágalo de la siguiente manera:
para el %F. S. deseado antes de oprimir el botón TESTdivida F.S. = 2/%F.S.
Ejemplo: Si deseamos una salida de prueba de 4-20 mA con un 25% de escala total
(8mA) ponemos F.S. rango a 2/(10/100)=8 MPS F.S. entonces presionamos el botón
TEST y la pantalla mostrará 1/25 de 255 etc..
11.- Botón RESET: Con el medidor de flujos puesto en los pasos 2.0 Ó 2.1 presionamos
este botón y se mostrará "RESET ó VOLMULT". Presionando el botón RESET por 2"
vez se puede inicializar el sistema por omisión de parámetros aplicando el paso 1 .O.
11.1.- Modo de entrada-RESET Totalizador-. Con el medidor colocado en los pasos
2.0 ó 2.1 presione el botón RESET una vez. Entonces presione VuLPause al regresar al
totalizador la pantalla mostrará OFF 10E3-VOLMULT con parámetro multiplicador de
volumen de entrada puesto en "3". Presionando cualquier otro botón de parámetro
podemos regresar el sistema al modo Enter.
97

12.0 Botón RUNmNTER. Con el medidor de flujos colocado en los pasos 2.0 Ó 2.1 y
con todos los parámetros con los valores deseados presionamos RUNBNT. Presionando
este botón causará que el sistema entre al modo RUN, mostrando lo siguiente. con un
valor multiplicador de código 3:
Nota 1 Para asegurar una lectura de flujo precisa use el tercero o cuarto dato.
Nota 2 Para regresar al modo ENTRY presione el boton RUN/ENT por el paso 2.1,
Nota 3 Los datos del totalizador solamente en modo RUN.
Cuando se instalan los transductores sobre la tubería de acuerdo con la sección 3, se
enciende el aparato (POWER ON encendido), se han fijado los parámetros deseados
según los pasos 2 a 12 y los sistemas están en modo RUN, el medidor de flujos está listo
para usarse. NOTA: si el instrumento se conectó a 120 VAC mientras está en uso, el
indicador de batería (BATT CHARGE) también estará encendido, siempre y cuando la
batería esté completamente cargada.
98

Para la mayor parte de las aplicaciones el control SENSITIWTY en el frente del control
debe estar en cero. Cuando el fluido está en movimiento, el indicador de fuerza de la
señal deberá estar en la pantalla de la barra GREEN o cuando menos en el área de la
barra AMBER, pero con precisión. Para incrementar la señal, se puede usar el control
SENS en la dirección de la manecillas del reloj; en la dirección contraria se reducirá hasta
el valor nominal de cero.
Cuando una señal permanece 2 ó 3 segundos, la luz verde READ estará encendida y el
contador de flujo empezará a actualizar la lectura. El indicador de flujo tardará varios
segundos en alcanzar la lectura deseada debido al auto-amortiguamiento del circuito
electrónico (el cual continuamente monitores la velocidad del cambio de flujo y
automáticamente ajusta el sistema de amortiguamiento). Este depende también del valor
de flujo de entrada del botón DAMP, con un segundo como mínimo y 40 como máximo.
En el caso de no poder tener una lectura de flujo (la luz de FAULT se enciende) o cuando
se obtiene una lectura con parpadeo de dicha luz, reajuste el control SENS para eliminar
la falla. Si no es posible corregirla verifique los siguientes puntos y/o mueva el
transductor a un sitio diferente:
0 Los transductores no están montados adecuadamente, ver sección 3.
0 El flujo es menor a 0.3 MPS o superior a 8 MPS.
0 Hay ruido excesivo en el sistema por vibración de la tubería, válvulas parcialmente
abiertas, rotores, etc.
0 Hay un exceso de sólidos o de burbujas de aire en el sistema.
0 Hay una cantidad excesiva de turbulencia.
Nota: Si durante el periodo de mediciones normales de flujo, las condiciones cambian
por causa de algunos de los incisos y la luz FAULT se prende continuamente por 2 ó 3
segundos, la medición del flujo se “congelará” en el último valor correcto de flujo con
todas las salidas en cero.
Calibración en campo:
Una vez que el instrumento se ha instalado y en estado de operación, puede ser necesario
una calibración en el campo del medidor de flujos. Esto puede deberse a varias razones:
1. Por el empleo de tuberías diferentes de la especificadas en el totalizador.
2. Por el empleo de tuberías con revestimiento.
3. Por el empleo de tuberías de hierro colado o de fibra de vidrio cuyas superficies no son
uniformes.
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4. Por porcentajes excesivos de sólidos suspendidos o burbujas de aire.
5. Por la operación con cantidades excesivas de turbulencia o sólidos suspendidos.
Indicador de batería baja.
Bajo condiciones normales de operación, se necesita tener totalmente cargada la batería
previendo una operación continua de 10 a 12 horas. Cuando la batería se descarga se
prende un indicador de luz que indica batería baja, esta es una precaución para que se
cambie o se recargue.
Al recargar conecte a un cable de corriente A.C. de 120 voltios; hay que recargarla por
un espacio de 14 a 16 horas, después úsela de nuevo.
Nota: Durante la carga cambie el interruptor (switch) de encendido a apagado. La luz de
batería cargada se encenderá hasta que esté totalmente cargada. En un punto en el cual el
circuito electrónico enciende el interruptor al cambiar el ciclo a carga flotante
indefinidamente, así la batería no sufre daño.
Precaución: debido a las características de descarga de la batería se debe cargar la
batería al menos cada 3 a 6 meses de uso para preveer pérdidas de capacidad de carga de
la batería. Además se recomienda no operar la unidad al punto del indicador de baja
carga. Si el instrumento debe ser operado cuando la batería esta descargada conéctelo a
una linea de 120 voltios AC: en este caso la carga tarda más de 16 horas hasta que se
cargue totalmente la batería.
Nota: La linea de 120 VAC no es recomendable para usarse en modelos de series M3-
902 en adelante ya que tienen severas descargas de batería. Recargue la batería antes de
su uso.
Revisión para ejecución del sistema general.: Conecte el transductor en el instrumento.
Al probar el sistema enciéndalo y ponga los transductores cara a cara aproximadamente 3-
6 pulgadas cuidando que la caras estén paralelas, mueva un transductor a un lado de el
otro aproximadamente 1 pulg., con aproximadamente dos ciclosheg. Con la luz
encendida ON, el indicador de flujo puede mostrar un flujo aproximado entre 0.3 y 5
MPS.
1 O0

El equipo se muestra en la figura al.
FIGURA Al
TRANSDUCTOR
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