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CD MULTIMEDIA DE SENSORES DE CAUDAL MEMORIA AUTOR:GABRIEL DOBATO INGALATURRE DIRECTOR: FRANCISCO JAVIER ARCEGA SOLSONA ESPECIALIDAD: ELECTRÓNICA SEPTIEMBRE 2010 C D M U L T I M E D I A S E N S O R E S D E C A U D A L Página 2 ÍNDICE 1. INTRODUCCIÓN…………………………………………………….......3 2. ANTECEDENTES…………………………………….…………………...5 3. POSIBLES SOLUCIONES………………………..….……….…..…….7 4. SOLUCIONES ESCOGIDAS………….………….…..………..…….12 5. EQUIPO NECESARIO……..…………….……..…………..………..32 6. ESQUEMA CD INTERACTIVO….…….………..…………….…..33 7. DESCRIPCIÓN DE LAS PANTALLAS...………..………..........35 8. DOCUMENTACIÓN SOBRE LOS SENSORES…………….....46 9. LISTADO DE CARPETAS DEL CD INTERACTIVO………...149 10. BIBLIOGRAFÍA…………………………………………….……....150 11. CONCLUSIONES, FECHA Y FIRMA……………..…….……152 ANEXO:CÓDIGO DE PROGRAMACIÓN DE DIRECTOR.....153 C D M U L T I M E D I A S E N S O R E S D E C A U D A L Página 3 1. INTRODUCCIÓN Con el paso del tiempo se han ido realizando cambios en la forma de desarrollar y distribuir la información, estos métodos han ido variando desde tiempos ancestrales de formas primitivas (ruidos, gestos…), al papel, y en estos momentos a métodos digitales. El presente proyecto consiste en un CD MULTIMEDIA DE SENSORES DE CAUDAL en el cual está desarrollada toda la información necesaria sobre los mismos de manera que el usuario pueda acceder a ella de forma interactiva sin que éste necesite conocimientos informáticos avanzados. El proyecto está dedicado en su totalidad a facilitar la consulta, búsqueda, asimilación y aprendizaje de cuestiones relacionadas con los sensores electrónicos, de esta manera el ordenador sirve al usuario como instrumento para conseguir estos fines. Para conseguirlo el proyecto se ha apoyado en numerosas imágenes y gráficas que de manera clara y concisa ayudan a que los contenidos se puedan asimilar de forma amena, y haciendo que el aprendizaje sea más sencillo y entretenido. Esto se consigue mediante el uso de herramientas y aplicaciones multimedia como son Macromedia Director, Adobe Freehand, Photoshop,.. que permiten la interactividad, la edición y creación de imágenes y objetos 3D. Dada la importancia que actualmente tiene Internet en nuestras vidas, que éste es conocido universalmente, que cuyo acceso está llegando cada vez a más lugares, y que podemos obtener de él infinidad de información, es casi obligatorio que Internet esté integrado totalmente en el CD MULTIMEDIA. La inclusión de Internet se ha efectuado por medio de enlaces a distintas páginas de las cuales se han recogido imágenes de los distintos sensores y las cuales contienen información sobre los mismos, del mismo modo también se han incluido enlaces a las páginas de los distintos fabricantes de sensores. De este modo podemos hacer un uso simultáneo de ambas herramientas CD e Internet para que el usuario pueda acceder a la información en línea en busca de más conocimientos o apoyo a lo encontrado en el CD. Aunque existe la posibilidad de que dichos enlaces que aparecen en las imágenes o en los logotipos de los fabricantes no permanezcan activos en el momento de la búsqueda. C D M U L T I M E D I A S E N S O R E S D E C A U D A L Página 4 Con todo lo expuesto lo que realmente se pretende con la realización del CD MULTIMEDIA es conseguir una serie de objetivos entre los que se encuentran: 1. Diseñar contenidos multimedia (sonidos, imágenes…) que resulten atractivos para el espectador. 2. Comprender aspectos básicos sobre el tema del proyecto de manera gráfica. 3. Aprender de forma amena sobre el tema del proyecto. 4. Qué el presente proyecto sirva de método didáctico para completar apuntes. 5. Qué el archivo final tenga un tamaño adecuado para su difusión. C D M U L T I M E D I A S E N S O R E S D E C A U D A L Página 5 2. ANTECEDENTES El CD MULTIMEDIA es una herramienta innovadora e impactante que actualmente se destaca en el mercado multimedia, ya que permite navegar a través de un ambiente interactivo que contiene textos, imágenes, gráficos, fotos…De esta manera se brinda una imagen moderna al contenido del mismo. Esto se consigue gracias a las numerosas características técnicas y didácticas con las que cuenta el CD MULTIMEDIA: • Gran organización de los contenidos y fácil localización de los mismos a través de menús. • Alta capacidad de almacenamiento de información, imágenes,… en general (archivos) que ocupan un volumen mínimo. • Carácter Interactivo (“diálogo entre usuario y ordenador”). • Facilidad para su adquisición, renovación o actualización. • Muy bajo coste. • Facilidad de transporte • Como dice su nombre “MULTIMEDIA” admite formatos de distintos tipos como pueden ser texto, imagen, fotos, audio… • Impacto ambiental leve. • Eliminación de barreras espaciales y temporales (desde su propia casa, en el trabajo, en un viaje a través de dispositivos móviles, etc.). Debido a esto los CD´S MULTIMEDIA sirven como complemento didáctico óptimo para el aprendizaje, y como elemento de la enseñanza semipresencial o a distancia también denominadas (Blended-Lerning y E-Lerning) donde el usuario puede manejar los horarios, y trabajar en un medio completamente autónomo y que constituye una propuesta de formación que contempla su implementación predominantemente mediante Internet, haciendo uso de los servicios y herramientas que esta tecnología provee. Además los CD´S MULTIMEDIA muestran al usuario la información de manera que ésta capte la atención del mismo mediante un contenido llamativo y ameno, de modo que el usuario pueda asimilarlo de forma más sencilla. Por todo lo anteriormente mencionado el CD debe poder manejarse de forma autónoma por lo que éste debe poder utilizarse en cualquier lugar, con cualquier sistema operativo, y para que esto se lleve a cabo hay que plantearse el tipo de C D M U L T I M E D I A S E N S O R E S D E C A U D A L Página 6 documento que queremos realizar y las herramientas disponibles para la realización del mismo. Las herramientas disponibles en nuestro caso para la realización del CD MULTIMEDIA se centran en el uso de aplicaciones que permiten a sus usuarios crear sus propios proyectos multimedia con poca o nada de programación, que funcionen con cualquier sistema operativo y sin necesidad de que esté instalada la aplicación principal, y a las que se les denominan en el ámbito informático como “Authoring” o Programas de Autor. Una vez se decide utilizar un programa de autor, hay que decidir cuál de todos los existentes es el idóneo para la realización del CD MULTIMEDIA, en este caso se ha decidido optar por MACROMEDIA DIRECTOR para la realización del cd. C D M U L T I M E D I A S E N S O R E S D E C A U D A L Página 7 3. POSIBLES SOLUCIONES Al comenzar un proyecto una vez se tiene la documentación del mismo solo queda hacer un estudio previo que consiste en saber cuál será la plataforma para desarrollarlo y las imágenes que servirán de apoyo, en este caso se trata de un CD MULTIMEDIA por lo que se debe estudiar con qué programas actuales podemos realizar el cd y con cuales podemos crear o modificar imágenes. 3.1 DISEÑO DEL CD MULTIMEDIA En el caso del diseño del CD MULTIMEDIA los programas estudiados han sido Flash y Macromedia Director. 3.1.1 MACROMEDIA FLASH Adobe Flash es una aplicación multimedia usada para aportar animación, vídeo e interactividad. Adobe Flash trabaja sobre "fotogramas", está destinado a la producción y entrega de contenido interactivo para las diferentes audiencias alrededor del mundo sin importar la plataforma. Es actualmente desarrollado y distribuido por Adobe Systems, y utiliza gráficos vectoriales e imágenes ráster, sonido, código de programa, flujo de vídeo y audio bidireccional. En sentido estricto, Flash es el entorno y Flash Player es el programa de máquina virtual utilizado para ejecutar los archivos generados con Flash. Los archivos de Flash, que tienen generalmente la extensión de archivo SWF, pueden aparecer en una página web para ser vista en un navegador, o pueden ser reproducidos independientemente por un reproductor Flash. Los archivos de Flash aparecen muy a menudo como animaciones en páginas Web y sitios Web multimedia, y más recientemente Aplicaciones de Internet Ricas. Son también ampliamente utilizados en anuncios de la web. Originalmente Flash no fue un desarrollo propio de Adobe, sino de una pequeña empresa de desarrollo de nombre FutureWave Software y su nombre original fue FutureSplash Animator. En diciembre de 1996 Macromedia adquiere FutureWave Software, y con ello su programa de animación vectorial que pasa a ser conocido como Flash 1.0. Fue hasta 2005 perteneciente a la empresa Macromedia conocido hasta entonces como Macromedia Flash y adquirido por Adobe Systems (y desde entonces C D M U L T I M E D I A S E N S O R E S D E C A U D A L Página 8 conocido como Adobe Flash) ampliando con ello su portafolio de productos dentro del mercado. 3.1.2 MACROMEDIA DIRECTOR Adobe Director es una aplicación de Desarrollo de Software (o Autoría de Software) Multimedia (que inspiró a Adobe Flash® ) destinado para la producción de programas ejecutables ricos en contenido multimedia. Es considerada una de las herramientas más poderosas de integración y programación de medios digitales, debido a su versatilidad de poder incorporar imágenes, audio, vídeo digital, películas flash, y un engine 3D, en una sola aplicación, y manipularlas a través de un lenguaje de programación (Lingo; Javascript). Desarrollado originalmente por la empresa Macromedia, es actualmente distribuído por Adobe Systems Incorporated. Las presentaciones multimedia generadas por Director pueden ser distribuidas a través de diversos medios, como discos digitales CD, DVD o cualquier otro soporte de información binaria pendrives, tarjetas de memoria, discos duros. También permite ser distribuido y ejecutado directamente en plataformas Web gracias al formato Shockwave (creado para esos fines). Con Director también es posible programar una amplia gama de aplicaciones basadas en redes, lo que ha permitido crear innumerables sistemas y juegos multiusuario a través de la red. Director también permite la manipulación de modelos en 3D, gracias a Shockwave 3D. Es así como diversos programas de modelamiento, como 3D Studio MAX (de la empresa Autodesk), permiten exportar sus modelos (incluyendo las animaciones) en formato Shockwave 3D, el que puede ser importado a Director, y manipulado a través de instrucciones. A través de variados Xtras (como Havok), Director también puede manipular propiedades físicas de modelos 3D (como por ejemplo, gravedad, coeficientes de roce, restitución, etc) que permiten lograr simulaciones más realistas, tanto para software de ingeniería avanzada, como para juegos. Además del potente lenguaje incorporado (Lingo), una de sus principales ventajas radica en el uso de los llamados xtras. Se trata de “pequeños programas” (plugins) desarrollados en lenguaje C++ por otros usuarios o terceras empresas, que proporcionan al usuario infinidad de utilidades. C D M U L T I M E D I A S E N S O R E S D E C A U D A L Página 9 Se pueden generar varios tipos de archivos, sin embargo lo más normal es crear un archivo ejecutable para Windows (.exe) o Macintosh (.app). De esta forma puede verse la presentación en cualquier ordenador, sin tener instalado Adobe Director. Con el lanzamiento de Director 11 y su evolución a la versión 11.5, de la mano de Adobe, se incorporó soporte para DirectX y se extendieron las capacidades en 3D basadas en el engine PhysX de NVIDIA, importación de 3D desde Google SketchUp, así como también filtros de bitmaps, canales de audio 5.1, vídeo en alta definición, soporte para H.264, e integración de Adobe Flash CS3 y Shockwave Player 11. 3.2 DISEÑO DE IMÁGENES En el caso del diseño de imágenes los programas estudiados son Adobe Photoshop y Macromedia Freehand Mx. 3.2.1 ADOBE PHOTOSHOP Adobe Photoshop (Taller de Fotos) es una aplicación informática en forma de taller de pintura y fotografía que trabaja sobre un "lienzo" y que está destinado para la edición, retoque fotográfico y pintura a base de imágenes de mapa de bits (o gráficos rasterizados). Es un producto elaborado por la compañía de software Adobe Systems, inicialmente para computadores Apple pero posteriormente también para plataformas PC con sistema operativo Windows. Photoshop en sus versiones iniciales trabajaba en un espacio bitmap formado por una sola capa, donde se podían aplicar toda una serie de efectos, textos, marcas y tratamientos. En cierto modo tenía mucho parecido con las tradicionalesampliadoras. En la actualidad lo hace con múltiples capas. A medida que ha ido evolucionando el software ha incluido diversas mejoras fundamentales, como la incorporación de un espacio de trabajo multicapa, inclusión de elementos vectoriales, gestión avanzada de color (ICM / ICC), tratamiento extensivo de tipografías, control y retoque de color, efectos creativos, posibilidad de incorporar plugins de terceras compañías, exportación para web entre otros. C D M U L T I M E D I A S E N S O R E S D E C A U D A L Página 16 La ventana Behaviour (Menu->Window->Inspector->Behaviour) Es un pequeño asistente que nos permite asignar Scripts de Lingo, sin necesidad de escribir el código, sino seleccionando los handlers y las acciones que queramos ejecutar. Más adelante veremos los conceptos de handler y script con mucho más detalle. Utilizar la ventana Behavior no es la forma más limpia de programar en Director, y siempre que podamos, debemos escribir el código nosotros mismos. Esto no es una simple cuestión de estilo, sino que el abuso de los scripts generados en la ventana behavior puede llegar a saturar proyectos medianamente grandes, provocando comportamientos inesperados. Las indicaciones del gráfico, de momento, son lo suficientemente explicativas. Cuando entremos en temas de Lingo, aprenderemos a utilizar los scripts de forma extensa y pormenorizada. La ventana Score (Menu->Window->Score) Director. Sin embargo, una vez que comprendemos sus funciones, y empezamos a hacer nuestros primeros juegos en ella, se va transformando simplemente en una herramienta poderosa y versátil. Debemos entender el Score, como un secuenciador, o una partitura, en donde colocamos todos los elementos de nuestra película. Cuando la cabeza de reproducción comienza, va leyendo todo lo que encuentra, a la velocidad que le hayamos asignado, interpretando y obedeciendo a los scripts que hayamos puesto en su camino y moviendo o mostrando los sprites que hayamos colocado en los canales. C D M U L T I M E D I A S E N S O R E S D E C A U D A L Página 17 En el gráfico inferior vemos las partes principales de la ventana score. ACTIVIDADES QUE PODEMOS REALIZAR CON MACROMEDIA DIRECTOR Incorporar gráficos en la película En Director podemos importar una serie muy amplia de formatos gráficos, como por ejemplo, GIF, JPEG, PNG, BMP, PICT, etc. A la hora de importar imágenes en Director es muy importante pensar para qué las vamos utilizar, para decidir el formato correcto. Una pantalla de ordenador funcionando a 256 colores corresponde a 8 bits de profundidad de color, una pantalla a miles de colores corresponde a 16 bits, y una pantalla a millones de colores corresponde a 24-32 bits. Si queremos mostrar fotografías de gran calidad podemos optar por 16, 24 ó 32 bits, pero si lo que importamos son imágenes para animación será suficiente importarlas a 8 bits de profundidad de color, de este modo nuestra película ocupará menos memoria y funcionará más rápido. No tiene en absoluto ningún sentido que realicemos una animación con imágenes a 32 bits, porque por un lado nuestra película ocupará demasiado y se arrastrará muy lentamente en un CD-ROM de 4X velocidad, e incluso en CD-ROM de mayor velocidad. C D M U L T I M E D I A S E N S O R E S D E C A U D A L Página 18 Por eso es conveniente probar las películas directamente en CD antes de distribuirlas para evitarnos sorpresas. Importar gráficos (Menú -> File -> Import). Supongamos que tenemos los gráficos que vamos a introducir en nuestra película preparados en su carpeta o directorio correspondiente. Seleccionamos la opción del menú File -> Import, y obtendremos una ventana similar a la mostrada en la figura siguiente: Si queremos importar un solo archivo, seleccionamos en la parte superior el archivo y pulsamos "IMPORT", de este modo pasaremos a la pantalla siguiente en función del tipo de archivo que hayamos importado. Si queremos importar más de un archivo a la vez, vamos seleccionando los archivos y pulsando el botón "ADD", de este modo los archivos que serán importados se van alineando en la parte inferior, y al pulsar "IMPORT", se importarán todos los archivos que hayan sido pasados a la ventana inferior. Si queremos eliminar algún archivo de la selección, lo seleccionamos en la parte inferior y pulsamos "REMOVE". C D M U L T I M E D I A S E N S O R E S D E C A U D A L Página 19 Una vez le hemos dado al botón "IMPORT" y le hemos expresado nuestra conformidad a Director, nos aparece una ventana similar a la siguiente en donde podemos fijar algunos ajustes. Incorporar sonidos a la película Por lo general, en un editor de sonido podemos ajustar la resolución del sonido de igual modo que hacemos con los gráficos en un editor de imágenes. Los principales parámetros que podemos configurar en un sonido son: • Frecuencia de muestreo (Khz). • Número de bits utilizado para codificar cada muestra (resolución). • Mono o estéreo. En Macintosh podemos importar básicamente sonidos AIFF o System 7 Sound, y en la versión 7 de Director también en Formato Sun .au, que es el formato de sonido utilizado por las applets Java. Para ambas plataformas Macintosh y PC el formato de sonido recomendado es AIFF. Así mantendremos la máxima compatibilidad entre las dos plataformas. La frecuencia de muestreo recomendada para el sonido (a ajustar en nuestro editor de sonido preferido), es de 22,050 Khz ó 11,025 Khz. Los sonidos con frecuencia superior a esta, pueden bloquear una película ya que hay que tener en cuenta que por lo general cuando ponemos en una película una animación gráfica y un sonido, estamos obligando al procesador a realizar dos operaciones, una actualizar el gráfico y otra leer y reproducir el archivo de sonido. Cuando desarrollamos una producción multimedia, tenemos que tener en cuenta que este material debe poder reproducirse en sistemas inferiores a aquellos con los que estamos desarrollando la aplicación, como PC´s con procesadores más lentos, menor capacidad de memoria, lector de CD/DVD de menor velocidad, etc. Importar sonidos (Menú –> File -> Import). C D M U L T I M E D I A S E N S O R E S D E C A U D A L Página 20 El proceso de importar sonido es exactamente el mismo que a la hora de importar un gráfico, pero el sonido tiene menos peculiaridades en este proceso que los gráficos. Incorporar vídeos a la película A cualquier ordenador le cuesta mucho esfuerzo reproducir video. Con el video digital debemos tener aún más cuidado que con el sonido, ya que aparte de que un vídeo de unos pocos segundos a 320 X 240 pixels ocupa varios megas en el disco duro, la reproducción de este en pantalla es una tarea pesada para cualquier tipo de ordenador. Si el vídeo además tiene sonido, debemos vigilar que el formato del sonido también sea el adecuado, si no queremos que nuestro video vaya a saltos y pierda fotogramas intentando sincronizar la imagen con el sonido. Sobra decir que es tarea imposible intentar reproducir a la vez dos videos con sonido en pantalla a un tiempo y esperar un resultado lejanamente aceptable. Aunque podemos hacer video digital al tamaño que queramos en un programa editor de video, como Adobe Premiere, hay algunos formatos estándares que nos convendrá usar, como el estándar QuickTime (320 X 240 pixels). Este formato es el más grande recomendable a la hora de insertar video en nuestra aplicación multimedia. Importar vídeos (Menú –> File -> Import). Aquí vemos las propiedades del video a las que podemos acceder en la ventana Cast: • Playback: Este es el principal control de la reproducción de vídeo en Director. Sus diferentes opciones son: • Video: Indicamos si queremos que se vea el vídeo en el escenario, o bien sea invisible, pero conservando las propiedades del sonido. • Sound: Indicamos si nuestro vídeo tendrá sonido o no. Es conveniente desactivar esta opción si el vídeo que hemos importado no tiene sonido, así QuickTime no intentará ajustar la imagen a un sonido hipotético, y el vídeo funcionará más fluidamente. • Paused: Con esta opción definimos si el video, por defecto comienza en pausa. Siempre podemos arrancarlo luego con Lingo. • Loop: Con esta propiedad activada el vídeo se reproducirá de forma continua, volviendo al principio cada vez que haya terminado, a no ser que eliminemos esta caracteristica desde Lingo, o volvamos a la ventana Cast para desactivarla. Opciones: • Direct To Stage: Es una propiedad por defecto del video. Normalmente el video nunca deja que otro elemento se ponga sobre él, bien sea texto, un gráfico, etc. Si un gráfico pasa por delante del video, el video se pondrá sobre él de forma que no podremos verlo mientras se encuentre en el ámbito del video. Si C D M U L T I M E D I A S E N S O R E S D E C A U D A L Página 21 desactivamos esta opción, el vídeo dejará pasar sobre él a los demás miembros de la película pero, en contrapartida, funcionará a saltos y de forma poco fluida, por lo que no conviene desactivar esta opción. • Show Controler: Nos mostrará la barra de progreso de la película QuickTime, mientras funciona en el escenario. • Video: En este menu tenemos dos opciones: • Sync to Soundtrack, habilita que QuickTime ajuste el sonido a la imagen, de forma que una no vaya más rápido que la otra. • Play Every Frame (No Sound), elimina el sonido del video, caso de tenerlo, e inhabilita el intento de QuickTIme por sincronizar imagen y sonido, con lo que el video irá más fluido en pantalla. 4.2 MACROMEDIA FREEHAND MX Macromedia Freehand se utiliza para el diseño gráfico, dibujo de líneas vectoriales en definitiva es perfecto para la creación de imágenes en el caso de nuestro proyecto. Adobe Photoshop está más enfocado a la edición y retoque de imágenes que en nuestro caso no es necesaria. Por lo tanto la herramienta elegida es MACROMEDIA FREEHAND MX. CARACTERÍSTICAS DE FREEHAND MX • Respecto al flujo de trabajo: Espacio de trabajo de Macromedia MX Reduzca el tiempo de aprendizaje y acelere el desarrollo con la nueva interfaz de usuario fácil de usar de Macromedia MX. Diseñe en un espacio de trabajo integrado y flexible que se comparte con todos los productos de Macromedia Studio MX. Los paneles acoplables se pueden agrupar, contraer o expandir según sea necesario, lo cual brinda un flujo de trabajo ininterrumpido y sumamente configurable. Símbolos gráficos Los símbolos gráficos le permiten racionalizar la creación y actualización de elementos repetitivos en todos sus diseños. Una vez que haya definido un objeto o un grupo como un símbolo, puede colocar una instancia de ese símbolo en cualquier lugar del documento. Cuando se necesiten hacer modificaciones o actualizaciones, simplemente haga cambios al símbolo y se actualizarán todas las instancias automáticamente. Las C D M U L T I M E D I A S E N S O R E S D E C A U D A L Página 22 instancias se pueden transformar de forma individual con distintos atributos, tales como efectos, sin romper la relación que tienen con el símbolo principal. Los símbolos se administran desde el panel Biblioteca. Las bibliotecas de símbolos también se pueden compartir entre varios documentos, lo que permite almacenar elementos de uso frecuente, como logotipos o botones de barras de navegación, para usarlos en todos sus diseños. Debido a que sólo se almacena una definición de un gráfico, el uso de símbolos en proyectos de Macromedia Flash MX crea archivos SWF más pequeños que se pueden descargar más rápidamente. Panel Respuestas Utilice el panel Respuestas, que ahora es una característica estándar en todas las aplicaciones de Macromedia MX, para obtener soporte inmediato, sugerencias y otros valiosos recursos que se encuentran en nuestro sitio web, desde la misma aplicación. Paneles acoplables Ahora todos los paneles de FreeHand MX y los cuadros de diálogo no modales comparten un mismo aspecto, funcionamiento y flujo de trabajo que mejora los comportamientos. Los paneles de uso frecuente ahora se pueden acoplar con los conjuntos de paneles estándar para dejarlos abiertos y fuera del área de trabajo, de manea que sea más fácil personalizar la interfaz y hacer que el espacio de trabajo sea más eficiente. Vista suavizada Disfrute de una mejor representación en pantalla predeterminada de objetos vectoriales. FreeHand MX agrega suavizado a los modos de dibujo estándar de Vista previa y Esquema para todos los objetos vectoriales (esta característica no está disponible en Macintosh OS 9.x). Diseñado para Windows XP El soporte nativo para Microsoft Windows XP garantiza la compatibilidad con la última versión de la plataforma de Microsoft. Creado para Mac OS X FreeHand ha sido una aplicación compatible con OS X desde la versión 10 y está totalmente carbonizada para ofrecer soporte nativo para todas la mejoras a la interfaz de usuario de Macintosh OS X. C D M U L T I M E D I A S E N S O R E S D E C A U D A L Página 23 • Respecto al diseño y producción de varias páginas Paginas maestras Las páginas maestras le ayudan a acelerar el flujo de trabajo de composición y producción, mantener la uniformidad de todo un diseño y revisar elementos comunes de composición en todo un proyecto con un solo cambio. Las páginas maestras sirven igualmente bien en los proyectos de impresión de varias páginas que en otras aplicaciones comunes de composición de página, pero también se pueden usar para los fondos de proyectos de Macromedia Flash MX y las presentaciones con navegación mediante clics para la aprobación del cliente. FreeHand MX le permite definir un número prácticamente ilimitado de páginas maestras en un documento. Las páginas maestras se pueden aplicar o retirar de las páginas en cualquier momento durante el proceso de diseño. Incluso se pueden almacenar en bibliotecas de símbolos y compartir entre varios documentos. Entorno de varias páginas El entorno de varias páginas exclusivo de FreeHand MX le permite realizar una mayor cantidad del diseño y la producción en un solo documento. Ya no tendrá que diseñar las distintas partes de un proyecto en varios documentos de una sola página, que no sólo se tienen que administrar sino también abrir uno por uno. Con la posibilidad de tener varias páginas, puede crear varios conceptos de un diseño para un cliente (o diseños de membrete, sobre y tarjeta de presentación) en el mismo archivo, y así sólo tendrá que enviar un archivo a la impresora. FreeHand MX también ofrece administración de páginas intuitiva, para que pueda racionalizar la producción de cualquier cosa desde guiones para sitios web hasta folletos con gran cantidad de gráficos. Con la herramienta Página, puede trabajar con páginas directamente en el tablero, de la misma manera que lo haría con objetos, y mover, cambiar de tamaño y duplicar páginas sin necesidad de abrir el Inspector de documentos. Herramienta Líneas de conexión Utilice la herramienta Líneas de conexión para asignar rápidamente arquitectura de información, flujos de datos y mapas de sitios. Simplemente arrastre la herramienta para asignar relaciones persistentes entre objetos. Estilos de líneas de conexión Los estilos de líneas de conexión le permiten personalizar completamente el aspecto de las conexiones, además de aplicar rápidamente varios aspectos para que tengan distintos significados en el mapa. Por ejemplo, una conexión sólida podría representar C D M U L T I M E D I A S E N S O R E S D E C A U D A L Página 24 el trazado estándar de todo el sitio, mientras que una línea de conexión discontinua podría representar el trazado cuando un usuario no se ha conectado al sitio. • Respecto a las herramientas de diseño intuitivas Herramienta Extrusión Cree aspectos 3D fascinantes sin sacrificar la capacidad de edición de la forma original. Con la nueva herramienta Extrusión, puede extender y modificar las extrusiones. Una vez aplicada la extrusión, tendrá control completo de los atributos, incluidos la profundidad de la extrusión, el punto de fuga y la iluminación. Agregue aún más profundidad y realismo a sus diseños al asignar un punto de fuga compartido a varios objetos extruidos o al agregar un perfil de trazado abierto para darle más forma a una extrusión. Herramienta Borrador Utilice la herramienta Borrador para modificar los trazados de manera más orgánica. Elimine porciones de un objeto vectorial pasando la herramienta Borrador de la misma manera que se borran los pixeles en una aplicación de edición de mapas de bits. Herramienta Fusión La herramienta Fusión aumenta las ya potentes capacidades de fusión de FreeHand MX al proporcionar funciones de fusión de arrastrar y colocar con comentarios automáticos en pantalla. Simplemente arrastre de un objeto a otro para crear fusiones, o modifique fusiones existentes arrastrando de un punto a otro en un objeto fusionado. Herramienta Pluma estándar de Macromedia La herramienta Pluma de FreeHand MX combina los comportamientos estándar de la herramienta Pluma de Macromedia Flash MX y Macromedia Fireworks MX con los comportamientos tradicionales de pluma que conocen los ilustradores con experiencia. La herramienta Pluma ahora también incluye una característica de línea elástica que realiza un vista previa del siguiente segmento de línea a medida que se desplaza la herramienta Pluma dentro del espacio de trabajo. Herramienta Estilo libre Trabaje con trazados de manera directa e intuitiva. La herramienta Estilo libre es sobre todo efectiva para crear formas orgánicas al diseñar un objeto sencillo "de forma libre", por ejemplo, un círculo o un rectángulo. C D M U L T I M E D I A S E N S O R E S D E C A U D A L Página 25 Para los principiantes, la herramienta Estilo libre es una manera más sencilla de aprender acerca de los controles Bezier. La herramienta Estilo libre le permite empujar o tirar de cualquier lugar del trazado para cambiarle de forma o utilizar la opción Remodelar área para tener un control más preciso de la parte que se está cambiando de forma. Pinceladas y trazos de aerosol basados en símbolos Logre efectos de ilustración a medida que se puedan actualizar fácilmente. Agregue una instancia o una serie de instancias a lo largo de un trazado y controle su comportamiento. O bien, vaya más allá de un trazado de grosor estándar aplicando un símbolo a un trazado como un solo objeto distorsionado, incluso puede aplicar un aerosol de símbolos al trazado. Aplique pinceladas a cualquier trazado de FreeHand MX para distribuir una instancia del símbolo gráfico en el trazado, ya sea repitiendo las pinceladas o expandiéndolas a lo largo del trazado. Puede controlar el comportamiento de las instancias, además de apilar varias instancias en un trazado. • Respecto al poder de diseño Varios atributos Dele más realce visual a sus diseños e ilustraciones: aplique atributos ilimitados de trazo, relleno y efecto a un solo objeto vectorial o de texto, sin sacrificar la capacidad de edición del objeto base. Con la capacidad de tener varios atributos se elimina la necesidad de apilar duplicados de un objeto para crear un aspecto en particular, lo cual hace que las actualizaciones sean más fáciles y rápidas e incluyan menos objetos. Incluso se pueden crear atributos sobre grupos y símbolos, y así facilitar y acelerar la aplicación de efectos visuales como desenfoques y sombras en secciones enteras de un diseño a la vez. C D M U L T I M E D I A S E N S O R E S D E C A U D A L Página 32 5. EQUIPO NECESARIO Este CD-MULTIMEDIA DE SENSORES está pensado para trabajar con el sistema operativo que actualmente es el más utilizado, en este caso es Microsoft Windows, ya que se ha creado y desarrollado con Macromedia Director y este programa es compatible con este sistema operativo. Los requerimientos mínimos para la visualización óptima del CD-ROM son: - Procesador Intel® Pentium 4 o equivalente a 2GHz (Recomendado 2,4 GHz). - 0,5 GB de memoria RAM (Recomendada 1GB según versión del SO). - Microsoft® Windows® XP con Service Pack 2 , Windows Vista o Windows 7. - 300MB de espacio disponible en el disco duro si se va a producir la copia del CD. - Disponibilidad de unidad de CD-ROM/DVDROM. - Tarjeta gráfica y monitor con una resolución mínima de 800x600 píxeles y 256 colores. Se recomienda para una mejor reproducción del CD MULTIMEDIA copiar el contenido del mismo en el disco duro del ordenador, ya que esto facilitará la lectura de la información. Esta lectura pasará a ser más rápida ya que al cd le cuesta más reaccionar a las acciones iniciadas y de este modo el CD MULTIMEDIA se ejecutará de manera más efectiva. C D M U L T I M E D I A S E N S O R E S D E C A U D A L Página 33 6. ESQUEMA CD INTERACTIVO 1. MENU PRINCIPAL. 1.1 SENSORES DE CAUDAL 1.1.1 GENERALIDADES Y CUESTIONES TÉCNICAS 1.1.1.1 GENERALIDADES 1.1.1.2 CLASIFICACIÓN 1.1.1.3 CRITERIO DE SELECCIÓN 1.1.2 TIPOS 1.1.2.1 CAUDALÍMETROS INVASIVOS VOLUMÉTRICOS 1.1.2.1.1 CAUDALÍMETROS DE PRESIÓN DIFERENCIAL 1.1.2.1.1.1 PLACAS DE ORIFICIO 1.1.2.1.1.2 TOBERAS 1.1.2.1.1.3 TUBOS VENTURI 1.1.2.1.1.4 TUBO PITOT 1.1.2.1.1.5 TUBO ANNUBAR 1.1.2.1.1.6 OTROS 1.1.2.1.1.6.1 SECCIONES CENTRÍFUGAS, CODOS, BUCLES 1.1.2.1.2 CAUDALÍMETROS DE ACCIONAMIENTO MECÁNICO 1.1.2.1.2.1 SENSORES DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO 1.1.2.1.2.1.1 PISTON OSCILANTE 1.1.2.1.2.1.2 PISTÓN ALTERNATIVO 1.1.2.1.2.1.3 MEDIDORES ROTATIVOS 1.1.2.1.2.1.4 MEDIDOR DE DISCO OSCILANTE 1.1.2.1.2.1.5 MEDIDOR DE PALETAS DESLIZANTES 1.1.2.1.2.1.6 MEDIDOR DE PAREDES DEFORMABLES 1.1.2.1.2.2 SENSOR DE TURBINA 1.1.2.1.2.3 SENSOR DE HÉLICE 1.1.2.1.2.4 SENSORES DE ÁREA VARIABLE 1.1.2.1.3 SENSORES OSCILATORIOS NO MECÁNICOS 1.1.2.1.3.1 SENSORES CON FORMACIÓN DE TORBELLINOS 1.1.2.1.3.2 SENSORES BASADOS EN EL EFECTO COANDA 1.1.2.1.3.3 MEDIDORES VORTEX 1.1.2.1.4 MEDIDORES DE IMPACTO 1.1.2.2 CAUDALÍMETROS NO INVASIVOS VOLUMÉTRICOS 1.1.2.2.1 CAUDALÍMETROS ELECTROMAGNÉTICOS 1.1.2.2.2 SENSORES DE ULTRASONIDOS Y LÁSER 1.1.2.2.2.1 SENSORES DE SISTEMAS MODULADOS POR IMPULSOS C D M U L T I M E D I A S E N S O R E S D E C A U D A L Página 34 1.1.2.2.2.2 SENSORES DE EFECTO DOPPLER 1.1.2.2.3 OTROS 1.1.2.2.3.1 SENSORES DE FLUJO NUCLEÓNICOS 1.1.2.3 CAUDALÍMETROS MÁSICOS 1.1.2.3.1 SENSORES DE MEDIDA INDIRECTA DE CAUDAL MÁSICO 1.1.2.3.2 SENSORES DE MEDIDA DIRECTA DE CAUDAL MÁSICO 1.1.2.3.2.1 CAUDALÍMETROS AXIALES (MOMENTO 1.1.2.3.2.2 CAUDALÍMETROS TÉRMICOS 1.1.2.3.2.3 CAUDALÍMETROS DE IMPACTO 1.1.2.3.2.4 CAUDALÍMETROS DE EFECTO CORIOLIS 1.1.2.4 CAUDALÍMETROS PARA CANALES ABIERTOS 1.1.3 FABRICANTES 1.1.4 CRÉDITOS 1.1.5 GLOSARIO DE TÉRMINOS 1.2 SENSORES DE LUZ C D M U L T I M E D I A S E N S O R E S D E C A U D A L Página 35 7. DESCRIPCIÓN DE LAS PANTALLAS 7.1 PANTALLA INICIAL: Pantalla de inicio del CD Multimedia en la que aparece el título general. Al cliquear sobre el título se accede a la siguiente pantalla. 7.2 PANTALLA PRINCIPAL DE LOS GRANDES TIPOS DE SENSORES Pantalla donde se muestran los dos grandes tipos de sensores: SENSORES DE CAUDAL y SENSORES DE LUZ. Al cliquear sobre el título de cada uno se accede al menú principal. C D M U L T I M E D I A S E N S O R E S D E C A U D A L Página 36 7.3 PANTALLA MENÚ PRINCIPAL Pantalla en la que se muestran los apartados de: “GENERALIDADES Y CUESTIONES TÉCNICAS”, “TIPOS”, “FRABRICANTES” y “CRÉDITOS”. Al cliquear sobre los títulos se accede a los menús de cada apartado. 7.4 PANTALLA GENERALIDADES Y CUESTIONES TÉCNICAS Pantalla en la que se muestran los apartados de: “GENERALIDADES”, “CLASIFICACIÓN” y “CRITERIOS DE SELECCIÓN”. Al cliquear sobre los títulos se accede al contenido de los mismos. C D M U L T I M E D I A S E N S O R E S D E C A U D A L Página 37 7.5 PANTALLA GENERALIDADES Pantalla a la que se accede tras cliquear el título “GENERALIDADES” de la pantalla “GENERALIDADES Y CUESTIONES TÉCNICAS”. En esta pantalla se muestra la documentación genérica relacionada con los sensores de CAUDAL con el fin de mejorar la comprensión del usuario. El acceso a “CLASIFICACIÓN” Y “CRITERIOS DE SELECCIÓN” es inmediato a través del menú de la parte izquierda de la pantalla. 7.6 PANTALLA CLASIFICACIÓN Pantalla a la que se accede tras cliquear en el título “CLASIFICACIÓN” de la pantalla de “GENERALIDADES Y CUESTIONES TÉCNICAS” o a través del menú de la parte izquierda de la pantalla. En este apartado aparace un listado completo de los sensores de CAUDAL. Cliqueando sobre cada uno de ellos se accede a la pantalla particular de cada sensor o a otra información relativa a varios grupos de ellos. Tras la clasificación de los sensores de CAUDAL aparece una información relativa a los criterios de clasificación de los sensores de CAUDAL donde se detalla los diferentes criterios que se utilizan para realizar dicha clasificación. C D M U L T I M E D I A S E N S O R E S D E C A U D A L Página 38 7.7 PANTALLA CRITERIOS DE SELECCIÓN Pantalla a la que se accede tras cliquear el título “CRITERIOS DE SELECCIÓN” de la pantalla “GENERALIDADES Y CUESTIONES TÉCNICAS”. En este apartado se muestran los diferentes factores que intervienen en la elección de un sensor de CAUDAL. C D M U L T I M E D I A S E N S O R E S D E C A U D A L Página 39 7.8 PANTALLA GRANDES TIPOS Pantalla a la que se accede tras cliquear en el título “TIPOS” de la pantalla MENÚ PRINCIPAL. En esta pantalla se muestran los cuatro grandes grupos de tipos de sensores de CAUDAL. C D M U L T I M E D I A S E N S O R E S D E C A U D A L Página 40 7.9 PANTALLA MENÚ SENSOR PRINCIPAL Pantalla a la que se accede tras cliquear en uno de los grandes grupos de sensores de CAUDAL (exceptuando “CANALES ABIERTOS” que vincula directamente a la información relativa a dichos sensores). En ella se aprecia un submenú en la parte izquierda de la pantalla para acceder a los diferentes subgrupos de sensores. 7.10 PANTALLA SUBGRUPOS SENSORES Pantalla a la que se accede a través de la pantalla MENÚ SENSOR PRINCIPAL. En esta pantalla se muestran los sensores pertenecientes a los diferentes subgrupos así como un título introductorio en algunos casos. Cliqueando sobre el título correspondiente de cada uno se accede a la información particular de cada uno de ellos o a la información introductoria en algunos casos. C D M U L T I M E D I A S E N S O R E S D E C A U D A L Página 41 7.11 PANTALLA INTRODUCCIÓN SUBGRUPO SENSORES Pantalla a la que se accede a través de la pantalla anterior al cliquear sobre un título introductorio de un subgrupo de sensores si existe tal. Aparece información que comparten varios sensores de un mismo subgrupo. Por ejemplo “Introducción a sensores de presión diferencial”. C D M U L T I M E D I A S E N S O R E S D E C A U D A L Página 48 Atendiendo al tipo de señal entregada por el sensor: • Sensores análogos. La gran mayoría de sensores entregan su señal de manera continua en el tiempo. Son ejemplo de ellos los sensores generadores de señal y los sensores de parámetros variables. • Sensores digitales. Son dispositivos cuya salida es de carácter discreto. Son ejemplos de este tipo de sensores: codificadores de posición, codificadores incrementales, codificadores absolutos, los sensores autoresonantes (resonadores de cuarzo, galgas acústicas, cilindros vibrantes, de ondas superficiales (SAW), caudalímetros de vórtices digitales), entre otros. Atendiendo a la naturaleza de la señal eléctrica generada: Los sensores dependiendo de la naturaleza de la señal generada pueden ser clasificados en: • Sensores pasivos: Son aquellos que generan señales representativas de las magnitudes a medir por intermedio de una fuente auxiliar. Ejemplo: sensores de parámetros variables (de resistencia variable, de capacidad variable, de inductancia variable). • Sensores activos o generadores de señal: Son aquellos que generan señales representativas de las magnitudes a medir en forma autónoma, sin requerir de fuente alguna de alimentación. Ejemplo: sensores piezoeléctricos, fotovoltaicos, termoeléctricos, electroquímicos, magnetoeléctricos. C D M U L T I M E D I A S E N S O R E S D E C A U D A L Página 49 8.3 SENSORES DE CAUDAL GENERALIDADES PRINCIPIOS BÁSICOS SOBRE LA MECÁNICA DE FLUIDOS A la hora de estudiar los sensores de caudal es necesario tener unos conocimientos previos de mecánica de fluidos para entender los diferentes mecanismos de medición y control de caudal. LA COMPRESIBILIDAD Los fluidos pueden ser líquidos (agua, aceite, combustibles líquidos… ) o gases (aire, oxígeno…). La propiedad principal que los diferencia es la comprensibilidad. La compresibilidad es una propiedad de la materia a la cual se debe que todos los cuerpos disminuyan de volumen al someterlos a una presión o compresión determinada manteniendo constantes otros parámetros. =−−()   K = Coeficiente de compresibilidad. V = Volumen. p = presión. En mecánica de fluidos se considera típicamente que los fluidos encajan dentro de dos categorías que en general requieren un tratamiento diferente: los fluidos compresibles y los fluidos incompresibles. Que un tipo de fluido pueda ser considerado compresible o incompresible no depende sólo de su naturaleza o estructura interna sino también de las condiciones mecánicas sobre el mismo. Así, a temperaturas y presiones ordinarias, los líquidos pueden ser considerados como fluidos incompresibles, aunque bajo condiciones extremas de presión muestran una compresibilidad estrictamente diferente de cero. En cambio los gases debido a su baja densidad aún a presiones moderadas pueden comportarse como fluidos compresibles, aunque en ciertas aplicaciones pueden ser tratados con suficiente aproximación como fluidos incompresibles. Por ello, técnicamente a menudo más que hablar de fluidos compresibles e incompresibles, se habla de los modelos de flujo adecuados para describir un fluido bajo unas determinadas condiciones de trabajo y por eso más propiamente se habla de flujo compresible y flujo incompresible. C D M U L T I M E D I A S E N S O R E S D E C A U D A L Página 50 El caso que se estudia es el de fluidos en movimiento, ya que la medición se realiza al caudal de fluido que circula. LA VISCOSIDAD Hay otra propiedad en los fluidos que nos da una medida de su resistencia a la deformación, y por lo tanto al movimiento, que es la viscosidad. La viscosidad es una variable que representa el rozamiento interno del fluido. Existen dos tipos de viscosidad, la viscosidad cinemática y la viscosidad dinámica. En la medición mediante caudalímetros volumétricos se suele emplear la viscosidad dinámica, mientras que en los viscosímetros convencionales se mide la viscosidad cinemática. Figura 1. Fluido viscoso. Ambas están relacionadas: Viscosidad dinámica (μ) = ViscoViscosidad cinemática (v) · densidad (ρ): unidad en el S.I 1 Poise (P)= Pa·s (N s /  ) Viscosidad cinemática: unidad en el S.I =   /s Por último, se debe distinguir entre los diferentes tipos de movimiento de fluidos: -Flujo laminar: Flujo ordenado y predecible. El movimiento se produce en capas o láminas, las soluciones matemáticas son factibles. -Flujo turbulento: El movimiento de las partículas individuales es aleatorio e impredecible. C D M U L T I M E D I A S E N S O R E S D E C A U D A L Página 51 CAUDAL Y NECESIDAD DE MEDIR EL CAUDAL DEFINICIÓN DE CAUDAL En dinámica de fluidos, caudal es la cantidad de fluido que pasa en una unidad de tiempo. Puede distinguirse entre caudal volumétrico y caudal másico. El caudal volumétrico se define como el caudal para el que la cantidad de fluido se expresa bajo la forma de un volumen. La unidad en el S.I del caudal volumétrico es   /s, aunque frecuente mente se usan también el l/h o el   /. El caudal másico se define como el caudal para el que la cantidad de fluido se expresa bajo la forma de una masa. La unidad en el S.I. del caudal másico es Kg/s. NECESIDAD DE LA MEDIDA DE CAUDAL La medición del caudal de fluidos constituye uno de los aspectos más importantes del control de procesos industriales. De hecho, probablemente sea la variable del proceso que se mide con mayor frecuencia. Existen varios métodos confiables y precisos para medir el flujo. Algunos son aplicables solamente a líquidos, otros solamente a gases y vapores; y otros a ambos. El fluido a medir puede ser limpio o “sucio”, seco o húmedo, erosivo o corrosivo. Las condiciones del proceso tales como presión, temperatura, densidad, viscosidad, etc.., pueden variar. Las aplicaciones más habituales de la medición de caudal en la industria son: -Medida de las cantidades de gases o líquidos utilizados en un proceso dado. -Control de cantidades adicionales de determinadas sustancias aportadas en fases del proceso. -Mantenimiento de proporción dada entre dos fluidos. -Medida de reparto de vapor en una planta, etc… FACTORES QUE INFLUYEN EN EL CAUDAL Los principales factores que influyen en el caudal de un fluido que circula por una tubería son: -Velocidad del fluido. -Rozamiento del fluido con el tubo o fricción del fluido en contacto con la tubería. -Viscosidad del fluido. -Densidad del fluido. C D M U L T I M E D I A S E N S O R E S D E C A U D A L Página 52 -La temperatura -La presión La velocidad del fluido depende de la presión que le empuja por la tubería. Manteniendo constantes los demás factores, cuanto mayor sea esa presión, más alta será la velocidad de circulación y por lo tanto mayor será el caudal volumétrico. El diámetro de la tubería también afecta al caudal. Si se duplica, por ejemplo, el diámetro de la tubería, se multiplica por cuatro la capacidad potencial de caudal en la misma. El caudal también se ve afectado por el tipo de flujo, laminar o turbulento que circula por la tubería. El rozamiento con las paredes de la tubería reduce la velocidad el fluido por las zonas próximas a las mismas. Cuanto más larga, limpia y menos rugosa sea una tubería, menor será el efecto del rozamiento sobre la velocidad media del fluido. Otro de los factores que influyen negativamente en la velocidad es la viscosidad. La viscosidad refuerza el efecto de rozamiento con la tubería reduciendo aún más la velocidad del fluido en las zonas próximas a las paredes. La viscosidad varía con los cambios de temperatura, pero no siempre de forma predecible. En caso de líquidos, la viscosidad normalmente disminuye al aumentar la temperatura. Sin embargo, en determinados fluidos, puede aumentar la viscosidad cuando se superan ciertos valores de temperatura. La densidad influye en el caudal ya que un fluido denso requiere mayor fuerza de empuje para mantener un mismo caudal de paso. Debido a que los gases son compresibles y los líquidos no, se precisan, por lo general, métodos distintos para la medición de líquidos, gases y líquidos que arrastren gases. Varios de los factores anteriores que influyen en el caudal de un fluido, se correlacionan entre sí y pueden expresarse en forma de un parámetro sin dimensiones llamado número de Reynolds. CARACTERÍSTICAS DE LOS SENSORES DE CAUDAL. Los caudalímetros son instrumentos de medición que indican el caudal medido. Están fomados por un elemento primario que determina el caudal a medir y un elemento secundario o transmisor que recibe la señal del elemento primario, la visualiza, la registra, la trata, y la transmite para obtener el valor del caudal. C D M U L T I M E D I A S E N S O R E S D E C A U D A L Página 53 Los caudalímetros tienen una serie de características que los definen. Algunas de estas características son comunes a todos los sensores en general. Estas características pueden ser eléctricas (impedancia de entrada, impedancia de salida, consumo de corriente y señal de salida), operativas (precisión, repetibilidad, linealidad, histéresis…) y ambientales (temperatura, humedad…). En cuanto al fluido a medir es necesario tener en cuenta una serie de características a la hora de determinar cual es el caudalímetro más adecuado: -Temperatura y presión del fluido: Es necesario saber cuales son los valores máximos y mínimos de estos dos parámetros a la hora de elegir un caudalímetro apropiado. -Tipo de fluido: Es importante saber si el sensor es apropiado para líquidos, para gases o para ambos tipos de fluido. -Qmax/Qmín: Cociente entre el caudal máximo y mínimo que se puede medir con el sensor. También llamado rangeabilidad. También cabe considerar el caudal máximo, el caudal mínimo y el caudal nominal para cada caudalímetro. -Densidad: La variación de la densidad de un fluido puede hacer interesante la medida del caudal másico, a menos que se conozca cómo varía la propia densidad. -Pérdida de carga: Caída de presión entre la entrada y la salida del sensor debido a la obstrucción que produce el propio sensor al paso del fluido cuyo caudal se mide. -Conductividad eléctrica: Característica de cada material que mide la facilidad con la que circula la corriente en el propio material. En el caso de los sensores de caudal electromagnéticos, esta característica es importante ya que en éstos se exige unas condiciones mínimas de conductividad para el fluido. -Diámetro nominal del sensor: Es el diámetro a través del cual pasa el fluido por el sensor. Normalmente coincide aproximadamente con el diámetro interno de la tubería, pero es posible incorporar elementos reductores en la tubería para poder usar el diámetro nominal del sensor más favorable para un determinado rango de medida. Para cada caudalímetro en particular, y en función del diámetro nominal, quedan definidas unas dimensiones concretas (longitudes y peso). C D M U L T I M E D I A S E N S O R E S D E C A U D A L Página 54 CRITERIOS DE SELECCIÓN FACTORES PARA LA ELECCIÓN DEL TIPO DE MEDIDOR DE FLUIDO Rango: Los medidores disponibles en el mercado pueden medir flujos desde varios mililitros por segundo (ml/s) para experimentos precisos de laboratorio hasta varios miles de metros cúbicos por segundo (m 3 /s) para sistemas de irrigación de agua o agua municipal o sistemas de drenaje. Para una instalación de medición en particular, debe conocerse el orden de magnitud general de la velocidad de flujo así como el rango de las variaciones esperadas. Exactitud requerida: Cualquier dispositivo de medición de flujo instalado y operado adecuadamente puede proporcionar una exactitud dentro del 5 % del flujo real. La mayoría de los medidores en el mercado tienen una exactitud del 2% y algunos dicen tener una exactitud de más del 0.5%. El costo es con frecuencia uno de los factores importantes cuando se requiere de una gran exactitud. Pérdida de presión: Debido a que los detalles de construcción de los distintos medidores son muy diferentes, éstos proporcionan diversas cantidades de pérdida de energía o pérdida de presión conforme el fluido corre a través de ellos. Excepto algunos tipos, los medidores de fluido llevan a cabo la medición estableciendo una restricción o un dispositivo mecánico en la corriente de flujo, causando así la pérdida de energía. Tipo de fluido: El funcionamiento de algunos medidores de fluido se encuentra afectado por las propiedades y condiciones del fluido. Una consideración básica es si el fluido es un líquido o un gas. Otros factores que pueden ser importantes son la viscosidad, la temperatura, la corrosión, la conductividad eléctrica, la claridad óptica, las propiedades de lubricación y homogeneidad. Calibración: Se requiere de calibración en algunos tipos de medidores. Algunos fabricantes proporcionan una calibración en forma de una gráfica o esquema del flujo real versus indicación de la lectura. Algunos están equipados para hacer la lectura en forma directa con escalas calibradas en las unidades de flujo que se deseen. En el caso del tipo más básico de los medidores, tales como los de cabeza variable, se han determinado formas geométricas y dimensiones estándar para las que se encuentran datos empíricos disponibles. Estos datos relacionan el flujo con una variable fácil de medición, tal como una diferencia de presión o un nivel de fluido. C D M U L T I M E D I A S E N S O R E S D E C A U D A L Página 55 8.3.1 CAUDALÍMETROS INVASIVOS VOLUMÉTRICOS 8.3.1.1 CAUDALÍMETROS DE PRESIÓN DIFERENCIAL INTRODUCCIÓN Los sensores de presión diferencial son los más usados para la medición de caudales en la industria, por ser bastante simples y baratos. El sistema de medida de caudal consta fundamentalmente de dos elementos: -Elemento primario perpendicular al fluido, donde se desarrolla la diferencia de presión. -Elemento secundario o transductor de diferencia de presión que produce la señal de salida. Los elementos secundarios pueden ser de tipo seco o húmedo. En los de tipo húmedo, el mercurio se utiliza como fase de separación entre las dos secciones . En los de tipo seco, es un diafragma el que separa las dos secciones. El error en la medida de estos dispositivos está entre el 0.2 y el 1% del valor máximo de presión. La medición de flujo se realiza comúnmente forzando al fluido a fluir dentro de un tubo con restricciones de manera que la velocidad cambia en cada punto y se crea una diferencia de presión proporcional al flujo. =√∆ Toda vez que el caudal es proporcional a la raíz cuadrada de la diferencia de presiones, se añade al montaje, normalmente, un “extractor de raíz cuadrada, en forma electrónica o electromecánica”. El transductor de presión puede ir instalado de manera separada, conectándose a los puntos sensores de presión mediante tubos, también puede ir montado de manera integrada al dispositivo sensor. Se añaden elementos destinados a refinar los datos presentes en la señal de salida, como transductores de temperatura y de presión absoluta. El cálculo de las velocidades volumétricas o de masa se lleva a cabo frecuentemente por microprocesadores. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO Si consideramos un fluido que avanza por el interior de una tubería, la relación entre la presión diferencial y la velocidad puede deducirse de la ecuación de Bernouilli. Para un fluido ideal e incomprensible, en el que no hay diferencia entre los valores de densidad entre dos secciones distintas, se cumplirá:   =  =    =  ;   ·  =    C D M U L T I M E D I A S E N S O R E S D E C A U D A L Página 56   +  ·  +  ··  =  +  ·  +  ··  ℎ= !"#$ #%&'%(!) $ "*$ í*%$ +% #%,%#%*(-$. /=/#%&-ó* %&!á!-($ $0&) "!$ (/$=1/2 3 ). 4 5 =6%*&-+$+ +% , "-+) (78/2 9 ). : =;$"+$ (2 9 /&) =<%((-ó* #%(!$ +% $ !"0%#í$(2 3 ) Los valores con subíndice 1 se refieren al fluido aguas arriba de la reducción de sección, que provoca su aceleración, y los valores con subíndice 2 al fluido aguas abajo de dicha sección. La velocidad del fluido será mayor en la sección 2 que en la 1 debido a la aceleración que sufre el fluido. Si suponemos que no hay diferencia de alturas entre las secciones 1 y 2, podremos escribir las anteriores ecuaciones de la forma: ∆   =    =  −  ·  =  ·      =?·∆ @−A    B  C·  Suponiendo una distribución de velocidades uniforme en la sección, multiplicaremos la velocidad por el área de la sección recta: D  =E   F ·GH·I=  ·  =  ·J·∆ K−L M N·  O=+6:Q% $(-ó* +% +-á2%!#)& +% $& &%((-)*%&,()*&-+%#$+$& (-#(" $#%&. C D M U L T I M E D I A S E N S O R E S D E C A U D A L Página 57 + =6-á2%!#) +% )#-,-(-) %* 2. 6 =6-á2%!#) -*!%#-)# +% $ !"0%#í$ $8"$& $##-0$ %* 2. T U =;$"+$ V) "2é!#-(). El caudal másico, T X , será el producto de la anterior expresión por la densidad: D  =  E   F ·GH·I=  ·  =  ·J·∆·  K−L M N En las expresiones anteriores se han hecho una serie de simplificaciones que hacen que el valor real de caudal se desvíe del teórico, por lo que será necesario introducir dos términos correctores: El coeficiente de descarga y el factor de expansión del gas. El coeficiente de descarga, Y  , que considera la pérdida de energía asociada a la presión a través del caudalímetro. Se determina empíricamente, y se define como el cociente entre el caudal real y el caudal teórico, donde el caudal real se calcula midiendo el tiempo que tarda en llenarse un determinado recipiente. Y Z YI[I\ ]^I\ YI[I\ _^ó]`ab Este coeficiente es función del perfil de velocidades en las secciones de la tubería, estando estos perfiles ligados a un parámetro adimensional característico de los fluidos atravesando recintos cerrados, el número de Reynolds, R D . c d =· =·· e 4=6%*&-+$+ +% , "-+) (f8/ m 3 ) i =j-&()&-+$+ $0&) "!$ (f8/2·& ) j =j% )(-+$+ 2%+-$ +% , "-+) (2/&) + =+-á2%!#) +% $ !"0%#í$ (2) El número de Reynolds caracteriza el tipo de flujo que existe en el interior de la tubería. Este puede ser laminar o turbulento: C D M U L T I M E D I A S E N S O R E S D E C A U D A L Página 64 -Tomas en vena contracta: La toma de alta presión está situada a una distancia de 1 D (D= diámetro nominal de la tubería) aguas arriba de la placa y la toma de baja presión está situada en el punto donde la vena alcanza su diámetro más pequeño. Dicho punto depende del parámetro β, aunque se presenta aproximadamente a 0,5 D de la tubería. Se utiliza en tuberías con β no elevado, evitando así interferencias entre la brida y la toma aguas abajo. (Figura 4.) Figura 4. Tomas en vena contracta. Imagen tomada de http://www.sapiens.itgo.com/documents/doc16.htm -Tomas en la tubería: La toma de alta presión está situada a 2,5 D aguas arriba de la placa y la toma de baja presión está situada a 8D aguas debajo de la placa. Su instalación requiere grandes tramos rectos anterior y posterior. El error probable de la medida con este tipo de tomas es aproximadamente un 50% mayor que con tomas en las bridas y en la vena contracta. (Figura 5.) Figura.5 Tomas en la tubería . Imagen tomada de http://www.sapiens.itgo.com/documents/doc16.htm -Tomas en la cámara anular: Las tomas están situadas inmediatamente antes y después de la placa y requiere el empleo de una cámara anular especial. Se emplean mucho en Europa. C D M U L T I M E D I A S E N S O R E S D E C A U D A L Página 65 TIPOS DE PERFIL DEL ORIFICIO En este tipo de medidores existen diversos perfiles de orificio de la placa: Perfil cónico, cuarto de círculo, cuadrado y de entrada cónica. (Figura 6.). La placa de orificio de perfil cuadrado presenta la ventaja de permitir la medida de caudal en ambas direcciones con las tomas en brida. Figura 6. Tipos de perfil de orificio: (a) perfil cónico, (b) cuarto de círculo, (c) entrada cónica. VENTAJAS E INCONVENIENTES VENTAJAS -Bajo coste. -Elemento sencillo de fabricación y facilidad de montaje. -Amplia difusión: El 50% de los medidores de caudal utilizados en la industria son Placas de orificio. INCONVENIENTES -La señal de salida no es lineal con el caudal. -Poca variación del rango: No apto para caudales muy variables. -Pérdida de carga permanente (del 35% al 95%) de la presión diferencial. -Error máximo del 2% -Se puede obstruir y reducir el diámetro del orificio. Para evitarlo, se utilizan orificios excéntricos y segmentales. -No aconsejable para fluidos con sólidos en suspensión. C D M U L T I M E D I A S E N S O R E S D E C A U D A L Página 66 Aplicaciones La placa de orificio se usa para la medida de gases, vapores, fluidos corrosivos y no corrosivos especialmente en tuberías grandes. Figura 7. Imagen tomada de www.siemens.es 8.3.1.1.2 TOBERAS DESCRIPCIÓN Y CARACTERÍSTICAS La tobera presenta una entrada en curva que se prolonga en un cuello cilíndrico originando un angostamiento de la sección de forma gradual. Se forma entre dos pestañas y presenta normalmente un perfil en cuarto de elipse. La descarga de flujo es paralela a la línea central del tubo y en dirección a la sección de salida. Figura 1. Tobera. La tobera permite medir caudales un 60% superiores a los realizados con placa de orificio en las mismas condiciones de servicio. Su pérdida de presión es de 30% a 80% de la presión diferencial, inferior a la de la placa de orificio pero superior a la del tubo Venturi. C D M U L T I M E D I A S E N S O R E S D E C A U D A L Página 67 Su coste es de 8 a 16 veces el de la placa de orificio y su precisión es del orden de ±0,95 a ±1,5%. El parámetro β se establece entre 0,2 y 0,7 para tuberías entre 2” y 3”. Puede emplearse para fluidos que arrastren sólidos en pequeña cantidad, si bien, si estos sólidos son abrasivos, pueden afectar a la precisión del elemento. Es apropiada en situaciones de turbulencia alta (ܴ ஽ >50.000), tal como flujo de vapor a altas temperaturas. CARACTERÍSTICAS CONSTRUCTIVAS DISPOSICIÓN DE LAS TOMAS DE PRESIÓN Al igual que ocurre en la placa de orificio, para captar la presión diferencial originada por la tobera es necesario conectarla a dos tomas, una en la parte anterior y otra en la parte posterior. Figura 2. Disposición de las tomas de presión. La toma anterior está situada a una distancia de 1 D aguas arriba de la entrada de la tobera, mientras que la toma posterior está situada a 0,5 D aguas abajo de la entrada a la tobera. (Figura 2.) C D M U L T I M E D I A S E N S O R E S D E C A U D A L Página 68 VENTAJAS E INCONVENIENTES VENTAJAS -Menor coste que el tubo Venturi. -Mayor rango de caudales que la placa de orificio. -Altas presiones y temperaturas. -Puede utilizarse para fluidos que arrastren sólidos en pequeñas cantidades. -Debido a su perfil redondeado es menos propensa a la obstrucción por lo cual tiene un mayor tiempo de vida útil. -La pérdida de presión permanente es menor que la placa de orificio, aunque mayor que el tubo Venturi. INCONVENIENTES -Mayor coste que la placa de orificio. -No se pueden desmontar con facilidad (su extracción es mucho más dificultosa que la de las placas de orificio), a no ser que se monten sobre un carrete de tubería. -No permiten el drenaje de la tubería si se montan en una línea horizontal. APLICACIONES La tobera se usa generalmente para la medición del flujo de gases, vapores y fluidos agresivos y no agresivos, especialmente para presiones y temperaturas altas. 8.3.1.1.3 TUBOS VENTURI DESCRIPCIÓN Y CARACTERÍSTICAS El tubo Venturi está caracterizado por su entrada convergente y salida divergente, formando un estrechamiento central y dos secciones cónicas empalmadas con el conducto. Se inserta en la tubería como si fuera un tramo de la misma permitiendo su instalación en todo tipo de tuberías mediante bridas de conexión adecuadas. El tubo Venturi, al igual que la tobera, permite medir caudales un 60% superiores a los relizados con placa de orificio en las mismas condiciones de servicio. Su pérdida de presión oscila entre 10% y 20% de la presión diferencial, muy inferior a la de la placa de orificio y la tobera. C D M U L T I M E D I A S E N S O R E S D E C A U D A L Página 69 Su coste el del orden de 20 veces el de una placa de orificio. Su precisión es de 0,75% aproximadamente. El parámetro β se establece entre 0,2-0,75 siendo el valor más común 0,5. Figura 1. Tubo Venturi. CARACTERÍSTICAS CONSTRUCTIVAS En el tubo Venturi se pueden destacar cuatro partes fundamentales: Figura 2. Zonas características de la tobera. Una sección cilíndrica de entrada (1) de diámetro igual al de la tubería donde está instalada. Es en esta sección donde se realiza la conexión de la toma de alta presión. C D M U L T I M E D I A S E N S O R E S D E C A U D A L Página 70 Una sección de entrada cónica convergente (2) en la que la sección transversal disminuye, aumentando la velocidad del fluido y disminuyendo su presión. Su ángulo de inclinación respecto a la garganta es generalmente 21°. Una zona cilíndrica de paso o garganta (3), donde la sección alcanza su diámetro mínimo y donde la velocidad del fluido se mantiene prácticamente constante. Es fabricada exactamente según las dimensiones establecidas para el cálculo. Es en esta zona donde se realiza la conexión de la toma de baja presión. Una sección de salida cónica divergente (4) en la que la sección transversal aumenta igualando al de la tubería donde está instalada, disminuyendo la velocidad y aumentando la presión del fluido. Esta sección permite una recuperación de la mayor parte de la presión diferencial producida permitiendo un ahorro de energía. Su ángulo de inclinación respecto a la garganta es generalmente 15°(Venturi de cono largo), aunque en ocasiones se opta por 7° (Venturi de cono corto) para reducir la pérdida de carga, aunque aumentan los costes de fabricación. VENTAJAS E INCONVENIENTES VENTAJAS -Pérdida de presión muy baja en comparación con otros sensores de presión diferencial. -Permite el paso de fluidos con un porcentaje relativamente grande de sólidos, si bien, los sólidos abrasivos influyen en su forma afectando la exactitud de la medida. -Requiere menor longitud de tubo recto a la entrada. - Se puede usar en una tubería que no tiene bridas. INCONVENIENTES -Elevado coste -Gran tamaño y peso del equipo -Su instalación no es sencilla -El diámetro del tubo Venturi es fijo y su rango de medición está limitado por la caída de presión causada. APLICACIONES -Generalmente los tubos Venturi se utilizan para la medición del flujo de gases, vapores y fluidos corrosivos y no corrosivos en conducciones de gran diámetro (de 12” en adelante), donde las placas de orificio producirían pérdidas de carga muy importantes. C D M U L T I M E D I A S E N S O R E S D E C A U D A L Página 71 -También se utilizan en conductores de aire o humos con conductos no cilíndricos, en grandes tuberías de cemento, para conducción de agua, etc. Figura 3. Imagen tomada de www.siemens.es 8.3.1.1.4 TUBO PITOT DESCRIPCIÓN Y CARACTERÍSTICAS El tubo Pitot consiste en un tubo hueco de sección circular y de pequeño diámetro, doblado en” L” con la entrada orientada en contra del sentido de circulación del fluido. Su eje queda alineado con el eje longitudinal de la tubería. Generalmente consta de dos tubos concéntricos tal como se muestra en la figura 1. : Figura 1. Tubo Pitot. C D M U L T I M E D I A S E N S O R E S D E C A U D A L Página 72 El tubo Pitot mide la diferencia entre la presión total mediante un tubo interior y la presión estática mediante un tubo exterior, es decir, la presión dinámica, la cual es proporcional al cuadrado de la velocidad. La velocidad del fluido en la entrada del tubo se hace nula, al ser un punto de estancamiento, convirtiendo su energía cinética en energía de presión, lo que da lugar a un aumento de presión dentro del Tubo de Pitot. La ecuación correspondiente es: ࡼ ૛ ࣋=ࡼ ૚ ࣋+ࢂ ૚ ૛ ૛ ܲ ଶ =ܲݎ݁ݏ݅ó݊ ݀݁ ݅݉݌ܽܿݐ݋ ݋ ݐ݋ݐ݈ܽ ܾܽݏ݋݈ݑݐܽ ݁݊ ݈݁ ݌ݑ݊ݐ݋ ݀݋݊݀݁ ݈݁ ݈íݍݑ݅݀݋ ܽ݊ݑ݈ܽ ݏݑ ݒ݈݁݋ܿ݅݀ܽ݀ ܲ ଵ =ܲݎ݁ݏ݅ó݊ ݁ݏݐáݐ݅ܿܽ ܾܽݏ݋݈ݑݐܽ ݁݊ ݈݁ ݂݈ݑ݅݀݋; ߩ=ܦ݁݊ݏ݅݀ܽ݀ ܸ ଵ =ܸ݈݁݋ܿ݅݀ܽ݀ ݈݀݁ ݂݈ݑ݅݀݋ ݁݊ ݈݁ ݆݁݁ ݈݀݁ ݅݉݌ܽܿݐ݋. De aquí se deduce: ࢂ ૚ =ඨሺࡼ ૛ −ࡼ ૚ ሻ·૛ ࣋ Introduciendo un coeficiente de velocidad ܥ para tener en cuenta la irregular distribución de velocidades, la rugosidad de la tubería, etc., resulta: ࢂ ૚ =࡯ඨሺࡼ ૛ −ࡼ ૚ ሻ·૛ ࣋ El tubo Pitot es sensible a las variaciones en la distribución de velocidades en la sección de la tubería, de aquí que en su empleo es esencial que el flujo sea laminar disponiéndolo en un tramo recto de tubería. La máxima exactitud en la medida se consigue efectuando varias medidas en puntos determinados y promediando las raíces cuadradas de las velocidades medias. CARACTERÍSTICAS CONSTRUCTIVAS El orificio de impacto del tubo Pitot está localizado entre 0,25D/2 y 0,29D/2 de la pared interior de la tubería. En esta posición se obtiene la velocidad media del fluido. Los tramos anterior y posterior del tubo Pitot deben ser suficientemente rectos. C D M U L T I M E D I A S E N S O R E S D E C A U D A L Página 73 VENTAJAS E INCONVENIENTES VENTAJAS -Coste relativo bajo. -Amplio rango de caudales. -Es un instrumento sencillo de fácil instalación y movilidad. -Disponible en un amplio rango de tamaños. -Pérdidas de carga bastante bajas en comparación con otros aparatos deprimógenos. -No tiene partes móviles. INCONVENIENTES -Baja precisión. -Dificultad para medir bajas velocidades del aire. -Fácilmente ensuciable. -La medición se debe realizar para fluidos limpios con una baja pérdida de carga. Para líquidos quizás el principal problema sea la rotura de la sonda. APLICACIONES Las aplicaciones de los tubos Pitot están muy limitadas en la industria, dada la facilidad con que se obstruyen por la presencia de cuerpos extraños en el fluido a medir. -Normalmente se emplea para la medición de grandes caudales de fluidos limpios con una baja pérdida de carga. -También se usa para la medición de la velocidad del aire. C D M U L T I M E D I A S E N S O R E S D E C A U D A L Página 80 -Convertidor de frecuencia-corriente; -Totalizador electromecánico con reset manual; -Totalizador electromecánico con predeterminador para procesos discontinuos; -Totalizador neumático con programador para procesos discontinuos; -Módulo de comunicaciones; CONSIDERACIONES Un problema importante que se debe tener en cuenta al fabricar un medidor de desplazamiento positivo es conseguir una buena estanqueidad de las partes móviles, evitando un par de rozamiento inaceptable y que la cantidad de líquido de escape a través del medidor sea moderada. Por esta razón, es necesario calibrar el medidor de desplazamiento a varios caudales, dentro del margen de utilización, con un fluido de viscosidad conocida. En la instalación de un medidor de desplazamiento positivo se recomienda instalar un retenedor o filtro, aguas arriba, para evitar que partículas extrañas entren en la cámara del medidor. También se recomienda un mecanismo para eliminar las burbujas de aire presentes en el líquido, ya que el medidor registrará el volumen de aire con el líquido. La mayoría de estos medidores se utilizan en aplicaciones de líquidos, sin embargo, existen algunas versiones disponibles para gases. Para caudales muy bajos, el fluido no tiene energía cinética suficiente para hacer girar el rotor frente a esta fricción, que además incluye, la mayoría de los medidores de desplazamiento, la resistencia ofrecida por el mecanismo articulado del contador, por lo que el fluido se desliza lentamente entre los componentes del medidor y la cámara, sin producir movimiento del rotor o pistón. El error del medidor, E, se define como: ࡱ=ࡽࡵ࢔ࢊ࢏ࢉࢇࢊ࢕−ࡽ࢘ࢋࢇ࢒ ࡽ࢘ࢋࢇ࢒ ૚૙૙% C D M U L T I M E D I A S E N S O R E S D E C A U D A L Página 81 Figura 5. Gráfica error del medidor De forma que, para estos caudales bajos, el error es alto y negativo. Sin embargo, cuando el caudal aumenta este error negativo desaparece rápidamente, ya que la energía cinética del fluido aumenta con el cuadrado de su velocidad. VENTAJAS E INCONVENIENTES VENTAJAS -Tienen tanto una alta exactitud como una alta repetibilidad. -Tienen baja fricción y es de bajo mantenimiento. -Bajo coste. -Empleados para amplios rangos de medida. INCONVENIENTES -Requieren mantenimiento y están sujetos a mayor desgaste por ser invasivos. -No se utiliza para gases. -Ocasiona una pérdida permanente de presión debido a que absorben energía del fluido para generar el desplazamiento. -Poca tolerancia a partículas en suspensión en los fluidos ya que estas generan resistencia al movimiento y pueden dañar el equipo. -El fluido debe ser líquido y debe poseer cierta viscosidad. C D M U L T I M E D I A S E N S O R E S D E C A U D A L Página 82 8.3.1.2.1.1 PISTÓN OSCILANTE DESCRIPCIÓN Y CARACTERÍSTICAS El instrumento se compone de una cámara de medida cilíndrica con una placa divosora que separa los orificios de entrada y de salida. La única parte móvil es un pistón cilíndrico que oscila suavemente en un movimiento circular entre las dos caras planas de la cámara, y que está provisto de una ranura que desliza en la placa divisora fija que hace de guía del movimiento oscilante. El eje del pistón al girar, transmite su movimiento a un tren de engranajes y a un contador. El par disponible es elevado de modo que el instrumento puede accionar los accesorios mecánicos que sean necesarios. Figura 1. Ciclo de un pistón oscilante. Al comienzo de un ciclo el líquido entra al medidor a través de la entrada A, en la posición 1, forzando al pistón a moverse alrededor del cilindro en la dirección mostrada en la figura, hasta que el líquido delante del pistón es forzado a salir a través de la puerta de salida B, en la posición 4, quedando el dispositivo listo para comenzar otro ciclo. La precisión normal es de ±1% puediéndose llegar a ±0,2% con pistón metálico y ±0,5% con pistón sintético, dentro de un margen de caudal de 5:1. APLICACIONES El pistón oscilante se fabrica para tamaños de tubería hasta 2” con caudales máximos de 600l/min. Se aplican en la medición de caudales de agua y de líquidos viscosos no corrosivos. Siendo una de sus aplicaciones en unidades de bombeo de distribución de petróleo. C D M U L T I M E D I A S E N S O R E S D E C A U D A L Página 83 8.3.1.2.1.2 PISTÓN ALTERNATIVO DESCRIPCIÓN Y CARACTERÍSTICAS El medidor de pistón convencional es el más antiguo de los medidores de desplazamiento positivo. El instrumento se fabrica en muchas formas: de varios pistones, de doble acción, de válvulas rotativas, de válvulas deslizantes horizontales. La cámara de medida es un cilindro cerrado que se llena y desocupa con el movimiento alternativo de un pistón que corre en su interior. Figura 1. Pistón alternativo. Pueden alcanzar una precisión del orden de ±0,2%. Su capacidad es pequeña comparada con los tamaños de otros medidores. Su costo inicial es alto, dan una pérdida de carga alta y son difíciles de reparar. APLICACIONES Al igual que el medidor de pistón oscilante, el pistón alternativo se utiliza habitualmente para medidas precisas de pequeños caudales. Este tipo de medidor se ha empleado mucho en la industria petroquímica. C D M U L T I M E D I A S E N S O R E S D E C A U D A L Página 84 8.3.1.2.1.3 MEDIDORES ROTATIVOS DESCRIPCIÓN Y CARACTERÍSTICAS Este tipo de medidor tiene válvulas rotativas que giran excéntricamente rozando con las paredes de una cámara circular y transportan el líquido en forma incremental de la entrada a la salida. El concepto de trabajo consiste en que el fluido va llenando cámaras de volumen fijo, debido al impulso del fluido, el sistema rota, pasando el volumen de un alojamiento al otro en una sola dirección. El volumen desplazado por unidad de tiempo se obtiene al contabilizar el número de vueltas del sistema. Dentro de los medidores rotativos podemos encontrar varios tipos, siendo los más habituales, los cicloidales, los helicoidales, los de dos rotores (birrotor) y los ovales. MEDIDOR CICLOIDAL El medidor cicloidal contiene dos lóbulos del tipo Root engranado entre sí que giran en direcciones opuestas manteniendo una posición relativa fija y desplazando un volumen fijo de fluido líquido o gas en cada revolución. Se fabrican en tamaños que van de 2 a 24” y con caudales de líquidos de 30 a 66500 l/min y en gas hasta 3 c. Su precisión es de ±1% para caudales de 10 al 100% del intervalo de medida, bajando mucho la precisión en caudales bajos debido a los huelgos que existen entre lóbulos. Figura 1. Medidor cicloidal. C D M U L T I M E D I A S E N S O R E S D E C A U D A L Página 85 MEDIDOR DE RUEDA OVAL El medidor de rueda oval dispone de dos ruedas ovales que engranan entre sí y tienen un movimiento de giro debido a la presión diferencial creada por el líquido. La acción del líquido va actuando alternativamente sobre cada una de las ruedas dando lugar a un giro suave de un par casi constante. La cámara de medida y las ruedas están mecanizadas con gran precisión para conseguir un desplazamiento mínimo entre las mismas, sin formación de bolsas o espacios muertos en la cámara de medida y barriendo completamente la misma en cada rotación. Ya que el deslice entre los engranajes ovales y la pared de la cámara es mínimo, el medidor no es afectado por cambios en la viscosidad y lubricación de los líquidos medidos. De este modo, la medida es prácticamente independiente de variaciones en la densidad y en la viscosidad del líquido. La precisión es de ± 0,5 % del caudal total. Los tamaños varían de 0,5 a 3”. Figura 2. Medidor de rueda oval. MEDIDOR HELICOIDAL El medidor helicoidal se basa en el mismo principio de funcionamiento que el medidor oval. Lo que le distingue de él es que usa unos engranajes de forma helicoidal: Figura 3. Medidor helicoidal. C D M U L T I M E D I A S E N S O R E S D E C A U D A L Página 86 MEDIDOR BIRROTOR El medidor birrotor está diseñado para medir el flujo total de productos líquidos que pasan a través del mismo por medio de una unidad de medición que separa el flujo en segmentos separándolo momentáneamente del caudal que pasa a través del medidor. Los segmentos son contados y los resultados son transferidos al contador o cualquier otro sistema totalizador a través del tren de engranajes. Consiste en dos rotores sin contacto mecánico entre sí que giran como únicos elementos móviles en la cámara de medida. La relación de giro mutuo se mantiene gracias a un conjunto de engranajes helicoidales totalmente cerrado y sin contacto con el líquido. Los rotores están equilibrados estática y dinámicamente y se apoyan en rodamientos de bolas de acero inoxidable. Al no existir contacto mecánico entre los rotores, la vida útil es larga y el mantenimiento es fácil. El medidor puede trabajar con bajas presiones diferenciales del orden de 1” c. de a. Son reversibles, admiten sobrevelocidades esporádicas sin recibir daño alguno, no requieren filtros, admiten el paso de partículas extrañas y permiten desmontar fácilmente la unidad de medida sin necesidad de desmontar el conjunto completo. Su ajuste es sencillo y son de fácil calibración mientras el instrumento está bajo presión y sin pérdida de líquido. Su ámbito de aplicación es la medición de caudales de crudos y productos petrolíferos. Su tamaño varía de 3 a 12”. La precisión es de ±0,2, con una pérdida de carga de 5 psi y con un margen de caudal de 5 a 1. Figura 4. Medidor birrotor. Imagen tomada de http://www.mavainsa.com/documentos/10_instrumentacion.pdf C D M U L T I M E D I A S E N S O R E S D E C A U D A L Página 87 APLICACIONES El medidor rotativo es utilizado en un amplio rango de aplicaciones y condiciones de funcionamiento. Es utilizado para todo líquido viscoso, no abrasivo tales como petróleo, grasa, pastas, lubricantes, sustancias qúimicas…etc. 8.3.1.2.1.4 MEDIDOR DE DISCO OSCILANTE. DESCRIPCIÓN Y CARACTERÍSTICAS El sistema de Disco Oscilante dispone de una cámara formada por dos conos invertidos y un sector esférico. Incorpora un disco plano móvil dotado con una ranura en la que está intercalada una placa fija. Esta placa separa la entrada de la salida e impide el giro del disco durante el paso del fluido. La cara baja del disco está siempre en contacto con la parte inferior de la cámara en el lado puesto. De este modo la cámara está dividida en compartimentos separados de volumen conocido. Cuando pasa el fluido, el disco toma un movimiento nutativo dentro de la cámara de modo que cada punto de su circunferencia exterior sube y baja alternativamente estableciendo contacto con las paredes de la cámara desde su parte inferior a la superior. El movimiento del eje se transmite a un tren de engranajes. El par disponible es pequeño, lo que pone un límite en la utilización de accesorios mecánicos. La precisión es de ± 1-2% y su caudal máximo es de 600l/min. Figura 1. Medidor de disco oscilante. Imagen tomada de http://www.investigacion.frc.utn.edu.ar/sensores/Caudal/Principios/Caudal_Sensores. pdf(2) C D M U L T I M E D I A S E N S O R E S D E C A U D A L Página 88 APLICACIONES El medidor de disco oscilante era empleado originalmente en aplicaciones domésticas para agua. Actualmente se utiliza industrialmente en la medición de caudales de agua fría, agua caliente, aceite y líquidos alimenticios. Es fabricado principalmente para pequeños tamaños de tubería. Figura 2. Medidor de disco oscilante. Imagen tomada de http://www.amf.uji.es/Teoria_Tema6_910.pdf 8.3.1.2.1.5 MEDIDOR DE PALETAS DESLIZANTES DESCRIPCIÓN Y CARACTERÍSTICAS El medidor de paletas deslizantes consta de un rotor con unas paletas, dispuestas en parejas opuestas, que se pueden deslizar libremente hacia adentro y hacia afuera de su alojamiento. Los miembros de las paletas opuestas se conectan rígidamente mediante varillas, y el fluido circulando actúa sobre las paletas sucesivamente, provocando el giro del rotor. Mediante esta rotación el líquido se transfiere desde la entrada a la salida a través del espacio entre las paletas. El cierre se lleva a cabo por la acción de las paletas sobre la pared de la cámara, mediante una combinación de presión de líquido y fuerzas centrífugas, auxiliado por el apriete, mediante resortes, de las paletas contra la pared de la cámara. Esto ayuda a mantener en valores aceptables cualquier escape de líquido que pueda producirse a través de las paletas. El caudal se obtiene contabilizando el número de revoluciones del rotor. C D M U L T I M E D I A S E N S O R E S D E C A U D A L Página 89 Figura 1. Medidor de paletas deslizantes. Imagen tomada de http://www.industriaynegocios.cl/Academicos/AlexanderBorger/Docts%20Docencia/S eminario%20de%20Aut/trabajos/trabajos%202003/Sem%20Aut%20%20Caudal/webfinal/Inicio_archivos/caudal-final.PDF APLICACIONES Industria petrolera, azucarera, alimentos balanceados, etc. 8.3.1.2.1.6 MEDIDOR DE PAREDES DEFORMABLES DESCRIPCIÓN Y CARACTERÍSTICAS El medidor de paredes deformables o de membrana o fuelle, está formado por una envoltura a presión con orificios de entrada y salida que contiene el grupo medidor formado por cuatro cámaras de medición. Su precisión es del orden de ± 0,3 %. CICLO 1 El gas entra por el orificio hacia la cámara de la izquierda. Empuja la membrana y extrae el gas que sale por el orificio de salida. La válvula de la derecha permanece cerrada para que no se vea afectada la cámara situada a la derecha. Este movimiento permite registrar el volumen así como predisponer las válvulas para que tenga lugar el siguiente ciclo. C D M U L T I M E D I A S E N S O R E S D E C A U D A L Página 96 8.3.1.2.4 SENSORES DE ÁREA VARIABLE DESCRIPCIÓN Y CARACTERÍSTICAS El caudalímetro de sección variable utiliza el mismo principio de funcionamiento que el de presión diferencial. Así como en el segundo hay una restricción constante a través del cual fluye el fluido provocando un cambio en su presión estática, en este caudalímetro la caída de presión es aproximadamente constante, variando la sección. El caudal está relacionado con el área a través de la cual circula el fluido y la lectura se realiza midiendo el desplazamiento del elemento usado para modificar la sección. Dentro de los caudalímetros de sección variable se encuentran, los rotámetros, de flotador fijo y de pistón. ROTÁMETRO El rotámetro es un medidor en el cual un flotador cambia su posición dentro de un tubo, proporcionalmente al flujo del fluido. Las fuerzas que actúan sobre el flotador se representan en la figura. Figura 1.Rotámetro. En condiciones de equilibrio se cumple: ࡳ=࢜ ࢌ ·࣋ ࢌ ·ࢍ ࡲ=࢜ ࢌ ·࣋ ࢒ ·ࢍ ࡱ=࡯ ࢊ ·࣋ ࢒ ·࡭ ࢌ ·࢜ ૛ ࢍ C D M U L T I M E D I A S E N S O R E S D E C A U D A L Página 97 ࡲ+ࡱ=ࡳ ܩ=݌݁ݏ݋ ݈݀݁ ݂݈݋ݐܽ݀݋ݎ. ݒ ௙ =ݒ݋݈ݑ݉݁݊ ݈݀݁ ݂݈݋ݐܽ݀݋ݎ. ߩ ௙ =݀݁݊ݏ݅݀ܽ݀ ݈݀݁ ݂݈݋ݐܽ݀݋ݎ. ߩ ௟ =݀݁݊ݏ݅݀ܽ݀ ݈݀݁ ݂݈ݑ݅݀݋. ܧ=݂ݑ݁ݎݖܽ ݀݁ ܽݎݎܽݏݐݎ݁ ݈݀݁ ݂݈ݑ݅݀݋ ݏ݋ܾݎ݁ ݈݁ ݂݈݋ݐܽ݀݋ݎ. ܩ=݂ݑ݁ݎݖܽ ݀݁ ݁݉݌ݑ݆݁ ݈݀݁ ݂݈ݑ݅݀݋ ݏ݋ܾݎ݁ ݈݁ ݂݈݋ݐܽ݀݋ݎ. ܥ ௗ =ܿ݋݂݁݅ܿ݅݁݊ݐ݁ ݀݁ ܽݎݎܽݏݐݎ݁ ݈݀݁ ݂݈ݑ݅݀݋ ݏ݋ܾݎ݁ ݈݁ ݂݈݋ݐܽ݀݋ݎ. ݒ=ݒ݈݁݋ܿ݅݀ܽ݀ ݈݀݁ ݂݈ݑ݅݀݋. ܣ ௙ =áݎ݁ܽ ݀݁ ݈ܽ ݏ݁ܿܿ݅ó݊ ݈݀݁ ݂݈݋ݐܽ݀݋ݎ. ࢜=ඨ૛ࢍ·࢜ ࢌ ·൫࣋ ࢌ −࣋ ࢒ ൯ ࡯ ࢊ ·࣋ ࢒ ·࡭ ࢌ El valor de ܥ ௗ depende de la viscosidad del fluido. Además el rotámetro al ser un diafragma de orificio variable tendrá como éste, un coeficiente de descarga que englobará el reparto desigual de velocidades, la contracción de la vena del fluido, las rugosidades de la tubería, etc. Incorporando el término ට ଵ ஼೏ a este coeficiente de descarga en la expresión anterior, se obtiene: ࢜=࡯·ඨ૛ࢍ·࢜ ࢌ ·൫࣋ ࢌ −࣋ ࢒ ൯ ࣋ ࢒ ·࡭ ࢌ Y dado que: ࡽ ࢂ =࢜·࡭ ࢝ ܣ ௪ =ݏ݁ܿܿ݅ó݊ ݅݊ݐ݁ݎ݅݋ݎ ݈݀݁ ݐݑܾ݋. Se obtienen las expresiones del caudal volumétrico y másico: ࡽ ࢜ =࡯·࡭ ࢝ ඨ૛ࢍ·࢜ ࢌ ·൫࣋ ࢌ −࣋ ࢒ ൯ ࣋ ࢒ ·࡭ ࢌ C D M U L T I M E D I A S E N S O R E S D E C A U D A L Página 98 ࡽ ࢓ =࡯·࡭ ࢝ ඨ૛ࢍ·࢜ ࢌ ·൫࣋ ࢌ −࣋ ࢒ ൯ ࡭ ࢌ ·࣋ ࢒ La pérdida de carga del rotámetro es constante en todo el recorrido del flotador y puede hacerse muy baja mediante una forma adecuada de éste. ∆࢖=ࡳ ࢌ −࢜ ࢌ ·࣋ ૚ ·ࢍ ࡭ ࢌ ܩ ௙ =݌݁ݏ݋ ݈݀݁ ݂݈݋ݐܽ݀݋ݎ. ݒ ௙ =ݒ݋݈ݑ݉݁݊ ݈݀݁ ݂݈݋ݐܽ݀݋ݎ. ߩ ଵ =݀݁݊ݏ݅݀ܽ݀ ݈݀݁ ݂݈ݑ݅݀݋. ܣ ௙ =ݏ݁ܿܿ݅ó݊ ݐݎܽ݊ݏݒ݁ݎݏ݈ܽ ݉áݔ݅݉ܽ ݈݀݁ ݂݈݋ݐܽ݀݋ݎ. Es necesario tener en cuenta la pérdida de carga debida a las conexiones y al tubo para obtener la pérdida de carga total. El valor aproximado de ésta es el doble de la del flotador. El intervalo de medida de los rotámetros es usualmente de 1 a 10 (relación entre el caudal mínimo y el máximo) con una escala lineal. Su precisión es del orden de 2% de toda la escala cuando están sin calibrar y de un 1% con calibración. Su rango de medida varía entre 0,5 cm ଷ /min hasta 1135 l/min de agua, y desde 30 cm ଷ /min hasta 1700m ଷ /h de aire. CARACTERÍSTICAS CONSTRUCTIVAS Los tubos empleados en los rotámetros pueden ser de vidrio y metálicos, construidos de tal forma que no son necesarios calibrarlos. Tienen una conicidad que viene expresada como la relación entre el diámetro interno del tubo en la escala máxima y el diámetro de la cabeza del flotador, variando entre 1,20 a 1,35. Los flotadores pueden tener varios perfiles de construcción: Esférico: Utilizado para bajos caudales y poca precisión, con una influencia considerable de la viscosidad del fluido. Cilíndrico con borde plano: Apropiado para caudales medios y elevados con una influencia media de la viscosidad del fluido. Cilíndrico con borde saliente de cara inclinada contra el flujo: Con menor influencia de la viscosidad. C D M U L T I M E D I A S E N S O R E S D E C A U D A L Página 99 Cilíndrico, con bordes salientes contra el flujo: Mínima influencia de la viscosidad del fluido. El material más empleado en los flotadores es el acero inoxidable, aunque también se utilizan otros metales para satisfacer requerimientos de resistencia a la corrosión. Se utilizan también flotadores de plástico. MATERIALES COMUNES DE FLOTADORES NORMALES Material Densidad Aluminio 2,72 Bronce 8,78 Durimet 8,02 Monel 8,84 Niquel 8,91 Goma 1,2 Inox.303 7,92 Inox.306 8,04 Hastelloy B 9,24 Hastelloy C 8,94 Plomo 11,38 Tantalio 16,6 Teflón 2,2 Titanio 4,5 MATERIALES COMUNES DE FLOTADORES ESFÉRICOS Material Densidad Vidrio de borosilicato 2,2 Aluminio 2,72 Zafiro 4,03 Inox.304 7,92 Inox.306 8,04 Monel 8,84 Carboloy 14,95 Tantalio 16,6 Las escalas de los rotámetros están grabadas en una escala de latón o de aluminio montada a lo largo del tubo y situada en coincidencia con la línea de cero del tubo o C D M U L T I M E D I A S E N S O R E S D E C A U D A L Página 100 bien directamente en el tubo de vidrio. Pueden estar graduadas en unidades directas del caudal o bien en porcentaje de 10 a 100 % de la escala total. VENTAJAS E INCONVENIENTES VENTAJAS -Económico para caudales bajos y tuberías con diámetros menores a 2”. -Cubre un rango amplio de caudales. -Utilizado para la medida tanto de líquidos como gases. -Posibilidad de lectura directa de caudal. -Caída de presión baja. -Instalación y mantenimiento simple. INCONVENIENTES -No es sencillo ni económico obtener señal eléctrica a partir de la indicación. -Se incrementa mucho su coste para tuberías de diámetro grande. -Debe instalarse en sentido vertical de modo que el caudal sea ascendente. APLICACIONES Según la aplicación los rotámetros pueden dividirse en rotámetros de purga, de indicación directa para usos generales y armados con indicación magnética y transmisión neumática y electrónica. Los rotámetros de purga se utilizan para caudales muy pequeños. Por ejemplo, purga hidráulica de los sellos mecánicos de las bombas generales de la planta, medición de nivel por burbujeo, purga de elementos de presión diferencial para la medida de caudal o de instrumentos que trabajan en atmósferas corrosivas o polvorientas. Los rotámetros armados incorporan un tubo metálico que no permite la lectura directa del caudal, precisando de elementos de indicación o transmisión. Los transmisores neumáticos acoplados al rotámetro consisten en una leva que sigue magnéticamente el movimiento del flotador y que se encuentra situada entre dos toberas neumáticas. Estas toberas forman parte de un transmisor de equilibrio de movimientos. C D M U L T I M E D I A S E N S O R E S D E C A U D A L Página 101 Figura 2. Antonio Creus Solé (1997). “Instrumentación Industrial”·MARCOMBO Los rotámetros se utilizan también conectados a las tomas de una placa de orificio, es decir, como rotámetros by-pass, consiguiendo una escala de medida lineal. Por medio de una prolongación del flotador, el rotámetro se puede conectar aun transductor potenciométrico o a un LVDT para sensar la posición y el movimiento del flotador, de modo que se tiene una salida eléctrica en función del caudal. FLOTADOR FIJO Los caudalímetros de flotador fijo se comportan básicamente como un rotámetro, aunque es menos preciso y más barato. CAUDALÍMETRO DE PISTÓN Los caudalímetros de pistón son menos sensibles a la viscosidad del fluido, resultando instrumentos más baratos para instalar en tuberías de 7,5 a 10 cm de diámetro. Deben usarse siempre con fluidos limpios, siendo los más habituales el agua, queroseno, gasolina, aceite y otros productos derivados del petróleo. C D M U L T I M E D I A S E N S O R E S D E C A U D A L Página 102 8.3.1.3 SENSORES OSCILATORIOS NO MECÁNICOS 8.3.1.3.1 SENSORES CON FORMACIÓN DE TORBELLINOS DESCRIPCIÓN Y CARACTERÍSTICAS Este tipo de sensor se fundamenta en la determinación de la frecuencia del torbellino que es producido por una hélice estática que se encuentra en el interior de la tubería a cuyo través pasa el fluido. Figura 1.Sensor con formación de torbellinos. La frecuencia del torbellino producido por la hélice es proporcional a la velocidad del fluido de acuerdo con la expresión conocida como el número de Strouhal. ࡿ ࢚ =ࢌ·ࢊ ࢜ ܵ ௧ =݊ú݉݁ݎ݋ ݀݁ ܵݐݎ݋ݑℎ݈ܽ. ݂=݂ݎ݁ܿݑ݁݊ܿ݅ܽ ݈݀݁ ݐ݋ݎܾ݈݈݁݅݊݋. ݀=ܽ݊ܿℎݑݎܽ ݈݀݁ ݐ݋ݎܾ݈݈݁݅݊݋. ݒ=ݒ݈݁݋ܿ݅݀ܽ݀ ݈݀݁ ݂݈ݑ݅݀݋. C D M U L T I M E D I A S E N S O R E S D E C A U D A L Página 103 El número de Strouhal es constante para números de Reynolds comprendidos entre 10000 y 1000000 y la anchura del torbellino es mantenida constante por el fabricante, con lo cual: ࡽ=࢙·࢜ ܳ=ܿܽݑ݈݀ܽ ݒ݋݈ݑ݉éݐݎ݅ܿ݋ ݈݀݁ ݂݈ݑ݅݀݋. ݏ=ݏ݁ܿܿ݅ó݊ ݀݁ ݈ܽ ݐݑܾ݁ݎíܽ. De modo que el caudal volumétrico del fluido resulta proporcional a la frecuencia del torbellino: ࡽ=ࢌ·ࢊ·࢙ ࡿ ࢚ =ࢌ·࢑ La frecuencia del torbellino se detecta mediante diversas alternativas: -Aplicando sensores de presión de cristales piezoeléctricos que detectan los picos de presión en el lado contrario del torbellino. -A través de de una termistancia de muy baja inercia térmica que sigue los efectos de refrigeración del torbellino generado. -Mediante un sensor capacitivo. -Aplicando un haz de ultrasonidos perpendicularmente al torbellino, midiendo el tiempo de tránsito del haz desde el transmisor al receptor. La precisión del instrumento es de ±0,2% del caudal instantáneo, por lo cual el error en tanto por ciento de la escala se hace mayor cuanto más bajo es el caudal. APLICACIONES El medidor tipo torbellino es utilizado para la medida del flujo de gases, vapores y líquidos en un amplio rango independiente de las propiedades del fluido. C D M U L T I M E D I A S E N S O R E S D E C A U D A L Página 104 8.3.1.3.2 SENSORES BASADOS EN EFECTO COANDA DESCRIPCIÓN Y CARACTERÍSTICAS Este tipo de sensor está basado en la tendencia de un fluido en seguir el contorno de la superficie sobre la que incide, si la curvatura de la misma, o el ángulo de incidencia del fluido con la superficie, no son demasiado acentuados. Figura 1. Efecto Coanda. Imagen tomada de http://es.wikipedia.org/wiki/Efecto_Coanda Si un difusor establece en la trayectoria del flujo un ángulo lo suficientemente amplio, el fluido queda separado y se adhiere a una de las paredes del difusor. La adhesión a cualquiera de las dos paredes es aleatoria siendo susceptible el cambio de una a otra frente a cualquier perturbación. Por ello, en este tipo de sensores se crea una perturbación que causa la oscilación del fluido entre las dos paredes a una frecuencia proporcional a la velocidad del fluido y por lo tanto al caudal del mismo. Una vez el fluido, pasa por el canal interior del medidor pasa a un canal de retorno que lo dirige hacia la entrada del medidor reptiéndose el proceso. Figura 2.Caudalímetro basado en efecto Coanda. C D M U L T I M E D I A S E N S O R E S D E C A U D A L Página 105 VENTAJAS E INCONVENIENTES VENTAJAS -Este tipo de medidor tiene una alta rangeabilidad. -Tamaño compacto. -No contiene partes móviles. -No requiere costes de mantenimiento. INCONVENIENTES -Capacidad limitada. APLICACIONES Este tipo de medidor es apropiado para la medida de caudal de líquidos en situaciones en las que se requiera: -Pequeño tamaño del medidor. -Alta durabilidad. -Bajo coste de mantenimiento. 8.3.1.3.3 MEDIDORES VORTEX DESCRIPCIÓN Y CARACTERÍSTICAS El principio de funcionamiento del medidor Vortex es análogo al de tipo torbellino. Está basado en el efecto Von Karman, donde un cuerpo en forma de cono genera alternativamente vórtices (áreas de baja presión e inestabilidad) desfasados en 180°, cuya frecuencia es directamente proporcional a la velocidad y, por lo tanto al caudal. C D M U L T I M E D I A S E N S O R E S D E C A U D A L Página 112 Figura 2.Configuración sensor electromagnético. Antonio Creus Solé (1997). “Instrumentación Industrial”·MARCOMBO La relación ாೞ ாೝ es constante en todos los medidores de caudal. Para conseguir una mayor inmunidad frente al ruido electromagnético procedente de entornos industriales, se conectan eléctricamente en by-pass las bridas de conexión del medidor y se ponen a masa, además de introducir en el medidor un tercer electrodo conectado a masa. De este modo, la unidad de medida está conectada a tierra con relación a dichas señales de ruido y es insensible a las mismas sin que sea necesario hacer ajustes de posición en la instalación. Figura 3.Configuración sensor electromagnético con tercer electrodo. Antonio Creus Solé (1997). “Instrumentación Industrial”·MARCOMBO Es necesario también minimizar los efectos de los cambios en las corrientes parásitas así como las pérdidas en el hierro del circuito magnético debidas a las variaciones en la temperatura del ambiente o del proceso, mediante adecuados sistemas de compensación. C D M U L T I M E D I A S E N S O R E S D E C A U D A L Página 113 La medida del caudal en ambos sentidos de circulación del fluido puede efectuarse mediante dos técnicas: a) Mediante un interruptor que invierta las conexiones de la señal del receptor, la posición del interruptor indica el sentido del caudal, y la calibración del sistema permanece invariable en cualquier sentido. b) Elevando el cero del instrumento al 50 % de la escala, en cuyo caso, el índice indica automáticamente el sentido del caudal del líquido, al estar en la zona superior o inferior de la escala. La calibración del sistema permanece invariable y la indicación es de -50 – 50 % de la escala. Puede montarse inclinado u horizontal siempre que se mantenga la tubería llena de líquido durante la medida. Cuando el medidor de caudal es de menor diámetro que las tuberías de conexión deben colocarse reducciones con el fin de aumentar la velocidad del fluido y obtener así una velocidad mínima de 1m/s; así como para aumentar la velocidad de los sólidos en suspensión en servicio e impedir su sedimentación en la parte inferior del tubo. El convertidor de la señal del elemento primario, pude ser de impedancias o estar basado en un microprocesador. Así mismo, se le pueden acoplar al medidor instrumentos para conseguir diferentes funciones auxiliares, que también puede aportar directamente el convertidor a microprocesador: -Indicación con una escala lineal de 0-100 % de la escala. -Transmisión neumática. -Transmisión electrónica. -Transmisión telemétrica con un transmisor de impulsos. -Autocomprobación automática con diagnosis de fallo. -Módulo de comunicaciones. -Integración. -Registro. Los elementos magnéticos de caudal se calibran en fábrica utilizando un sistema dinámico de pesada y consiguiéndose así una precisión elevada de ± 0,1 %. Con el sistema completo, incluyendo el receptor, se obtiene una precisión de ± 1 % de toda la escala pudiéndose llegar a una mayor precisión, del orden de ± 0.5 %, con una calibración especial y siempre que la conductividad sea elevada. El campo de medida entre el caudal máximo y el mínimo puede llegar a 100:1 con una escala de lectura lineal. La fidelidad del conjunto es de ± 0,25. La linealidad y precisión de estos caudalímetros depende de la red de tuberías en las se que encuentran instalados. Si esta red es tal que afecta considerablemente al perfil de C D M U L T I M E D I A S E N S O R E S D E C A U D A L Página 114 velocidades, también afectará tanto a la linealidad como a su exactitud y precisión. Generalmente el perfil de velocidades no vana como para afectar considerablemente a la linealidad, repetibilidad y reproducibilidad (superior al 0,1 %) pero será aleatorio que la precisión no se vea perjudicada. CARACTERÍSTICAS CONSTRUCTIVAS La tubería se construye con acero inoxidable no magnético, cubierto con politetrafluoretileno (PYFE), poliuretano, u otro material aislante parecido con el propósito de minimizar cortocircuitos y posibles desviaciones de la pequeña señal hacia las paredes metálicas. El tamaño varía desde 0,1” hasta 72”. Los dos electrodos están incrustados atravesando las paredes de la tubería y situados diametralmente opuestos uno del otro a cada lado de ésta. Deben seleccionarse de acuerdo con su resistencia a la corrosión o a la abrasión en el caso de aplicaciones químicas. Generalmente se emplean el Hastelloy para soluciones corrosivas a temperaturas y concentraciones bajas, la aleación Haynes con fangos abrasivos, el platino frente a soluciones ácidas, el tantalio para la mayor parte de los ácidos con independencia de su conentración y el titanio frente a ácidos fuertemente conentrados a altas temperaturas, y a bases. La tubería y conexiones llevan bridas para facilitar su conexión a una red. Sobre la tubería, se construyen un par de bobinas conectadas directamente a la red que generan el campo magnético en el interior de la tubería. Un núcleo de acero laminado situado alrededor de las bobinas completa el circuito magnético. Un compartimento de fundición de aluminio protege los componentes del ambiente e incluye una caja de conexiones de las bobinas y de los electrodos. El transmisor está también alojado en una carcasa de fundición de aluminio y diseñado para convertir la pequeña señal que aparece en los electrodos en una señal proporcional de 4 a 20 mA, pudiéndose obtener como una tensión en continua y por pulsos. Figura 4. Características constructivas sensor electromagnético C D M U L T I M E D I A S E N S O R E S D E C A U D A L Página 115 Dentro de los modelos presentes en el mercado se pueden encontrar: MEDIDORES ELECTROMAGNÉTICOS DE TUBO CORTO Su geometría permite reducir el peso respecto a versiones anteriores pero introduce efectos negativos en la medición: Si el sistema de tuberías adyacentes se encuentra también aislado o fabricado con material aislante, la señal del caudal no se verá atenuada. Si no es así, la señal del caudal se atenuará progresivamente al acortar la longitud del tubo. Si los tubos y el material cercano es magnético, el campo magnético se verá distorsionado, especialmente si la longitud se acorta y sus extremos pasan a ser una parte importante del circuito magnético. Además su factor de calibración puede ser diferente del obtenido en condiciones de referencia, llegando a ser más sensibles a perfiles de velocidad distorsionados que los instrumentos convencionales. MEDIDORES ELECTROMAGNÉTICOS CON GRANDES ELECTRODOS Su finalidad es conseguir baja susceptibilidad a las variaciones del perfil de velocidad del caudal. Sin embargo, sus dimensiones hacen que sea más susceptible a las incrustaciones por contaminantes, y las señales pueden sufrir cambios graduales. MEDIDORES ELECTROMAGNÉTICOS AISLADOS DEL FLUIDO Los electrodos están detrás de una envuelta dieléctrica, dando una forma de acoplamiento capacitivo entre la tensión inducida y el electrodo. Este tipo de dispositivos están en fase experimental, y pueden darse problemas de captación de señales parásitas de fuentes externas. Pueden usarse para la medida de líquidos de baja conductividad. MEDIDORES ELECTROMAGNÉTICOS DE INSERCIÓN. Tienen una disposición dentro de la tubería similar al tubo de Pitot. El medidor se inserta en la corriente del líquido. Las bobinas, totalmente encapsuladas y aisladas, se pueden sumergir en el líquido. Sus dimensiones reducidas y forma aerodinámica, reducen sensiblemente el error en la medida de velocidad. Se utilizan para medir velocidades en grandes tuberías o conductos de diversas formas. VENTAJAS E INCONVENIENTES VENTAJAS -No contienen partes móviles, no presentan efectos de histéresis. C D M U L T I M E D I A S E N S O R E S D E C A U D A L Página 116 -Su pérdida de carga es baja y corresponde a la de una tubería del mismo diámetro y de la misma longitud. -No ocasionan ninguna restricción en la circulación. -No se ven afectados por variaciones en la densidad, viscosidad, presión, temperatura y, dentro de ciertos límites, conductividad eléctrica. -Pueden medir caudales en ambos sentidos de circulación del fluido en la tubería. -Pueden medir el caudal de metales líquidos, aunque este tipo de sensores requieren una fabricación más delicada. -Generalmente no se requiere una longitud recta de tubería antes del medidor, sin embargo, la existencia de accesorios que pueden provocar la formación de filetes de caudal asimétricos, obliga a situar el elemento a unos 5 D de tubería o más a partir de la conexión aguas arriba, incluso a 8 D cuando cuando está situado en la impulsión de una bomba. -No requieren ajustes antes de la puesta en marcha. -La señal de salida es fundamentalmente lineal. INCONVENIENTES -Coste relativo alto. -El líquido cuyo caudal se mide tiene que tener una razonable conductividad eléctrica. -La energía disipada por las bobinas da lugar al calentamiento local del tubo del medidor. APLICACIONES Los medidores magnéticos de caudal son adecuados para la medida de líquidos conductores, en particular los líquidos fangosos y fluidos corrosivos. Los fluidos que contienen partículas magnéticas en suspensión pueden medirse con este tipo de medidor, siempre que las partículas estén en suspensión homogénea al pasar a través del elemento. Las principales aplicaciones de los caudalímetros electromagnéticos se encuentran en estos sectores: -Aguas y aguas residuales. -Industria química y farmaceútica. C D M U L T I M E D I A S E N S O R E S D E C A U D A L Página 117 -Industria alimenticia y de bebidas. -Industria de minería, cemento y mineral. -Industria de celulosa y papel. -Industria del acero. -Economía energética, empresas de abastecimiento, energía frigorífica. Figura 5.Modelos de sensores electromagnéticos. Imagen tomada de http://www.siemens.com/ 8.3.2.2 SENSORES DE ULTRASONIDO Y LÁSER Para la medida de flujo mediante sensores de ultrasonidos se usan diversos principios. Normalmente se precian uno o más pares de transductores, excepto en el método de “ruido”, en el que se usa un solo transductor que detecta las variaciones del nivel sonoro en el tubo. Los transductores son emisores o receptores de energía ultrasónica o pueden operar de ambas maneras. Un transductor usado como emisor de sonido se denomina “activo”, mientras que un transductor usado solamente en recepción se denomina “pasivo”. El transductor puede estar en contacto con el fluido a medir o acoplado al exterior del tubo (tipo abrazadera). La configuración más típica es la de un par de transductores, determinando la velocidad del flujo por la medida de la velocidad de propagación del sonido por el C D M U L T I M E D I A S E N S O R E S D E C A U D A L Página 118 fluido. Los cambios de velocidad, usando señales tanto continuas como pulsadas, pueden ser medidas en términos de diferencia de tiempo recorrido, diferencia de fase o diferencia de velocidad. Dos de los módelos más utilizados son: -CAUDALÍMETROS DE EFECTO DOPPLER. (a) (b) (c) Figura 1. Configuración caudalímetro de efecto Doppler. (a)Único transductor; (b)Transductor dual; (c) Transductor dual separado en el mismo lado de la tubería. -CAUDALÍMETROS DE TIEMPO TRÁNSITO. Figura 2.Caudalímetro de tiempo tránsito. C D M U L T I M E D I A S E N S O R E S D E C A U D A L Página 119 En todos estos sistemas, se utilizan transductores piezoeléctricos tanto para la emisión como para la recepción de las ondas ultrasónicas: Figura 3.Diagrama de bloque de un caudalímetro de ultrasonidos. Antonio Creus Solé (1997). “Instrumentación Industrial”·MARCOMBO Cada uno de los dos transductores alternan funciones de recepción y transmisión de energía electromagnética en rango ultrasónico. (La frecuencia de ultrasonidos puede acercarse al rango del megahercio). La salida, entendida como diferencia de frecuencias, puede convertirse en señal analógica si se desea. Si es necesario, en la sección del tubo pueden adicionarse sensores de temperatura y presión. Algunos sensores de flujo ultrasónicos utilizan cuatro transductores en configuración de forma de “X” cuyas salidas son integradas o mediadas para obtener mayor precisión. Los medidores de caudal ultrasónicos del tipo abrazadera, son bastante típicos en instalaciones semipermanentes y especialmente en inspecciones de flujo en sistemas con tubos de diferentes dimensiones. Algunos medidores de caudal incluyen los medidores de emisión de vórtices, detectando oscilaciones ultrasónicas del vórtice y detectores acústicos pasivos que responden al ruido que aumenta con la velocidad del flujo; este último tipo se encuentran como interruptores de flujo. Los transductores sónicos tienen una precisión de ± 2 % y un intervalo de medida de caudales de 20 a 1 con una escala lineal. Son adecuados en la medida de la mayor parte de líquidos, en particular de los líquidos con sólidos en suspensión con la salvedad de que las partículas o las burbujas de aire que pueda contener el líquido no deben compararse en tamaño con la longitud de la onda acústica. Son sensibles a los cambios de densidad del líquido que varían la velocidad del sonido. C D M U L T I M E D I A S E N S O R E S D E C A U D A L Página 120 8.3.2.2.1 SENSORES DE SISTEMAS MODULADOS POR IMPULSOS DESCRIPCIÓN Y CARACTERÍSTICAS Los caudalímetros de tiempo tránsito están modulados por impulsos, miden el tiempo de retardo entre la transmisión y recepción de un haz ultrasónico expuesto diagonalmente a través de la tubería. Dada una temperatura y presión de operación, los ultrasonidos viajan a una velocidad concreta a través del líquido. El sonido se trasladará más rápidamente si se emite en el sentido de circulación del fluido que en el sentido contrario. La diferencia entre el tiempo de llegada de los pulsos que viajan en sentido del fluido y en sentido contrario se puede conocer la velocidad del fluidio. Figura 1. Caudalímetro de ultrasonidos por tiempo tránsito. La velocidad resulta proporcional a la diferencia de tiempos: ࢂ ࡲ =∆࢚ ࢀ ࡸ ·ࢂ ࢙ ࢙ࢋ࢔ࣂ = ࡷ · ∆࢚ ࢀ ࡸ ܶ ௅ = ܶ݅݁݉݌݋ ݐݎá݊ݏ݅ݐ݋ ݈݀݁ ℎܽݖ ܿ݋݊ ݒ݈݁݋ܿ݅݀ܽ݀ ݈݀݁ ݂݈ݑ݅݀݋ ݊ݑ݈ܽ. θ=Ángulo del haz de ultrasonidos respecto a una dirección normal a la tubería. Δt=Diferencia temporal entre los haces de ultrasonidos. ܸ ௌ = ܸ݈݁݋ܿ݅݀ܽ݀ ݈݀݁ ݏ݋݊݅݀݋ ݁݊ ݈݁ ݂݈ݑ݅݀݋. C D M U L T I M E D I A S E N S O R E S D E C A U D A L Página 121 En este caso, la presencia de burbujas de aire o partículas en suspensión es indeseable, ya que interfieren la transmisión y recepción del haz de ultrasonidos. VENTAJAS E INCONVENIENTES VENTAJAS -Baja pérdida de carga -Diseño compacto y pequeño tamaño. -Costes de instalación y mantenimiento bajos. -No hay riesgos de corrosión en un medio agresivo. -No es necesario que el fluido contenga partículas o gases en suspensión que sirvan como reflectores. -No tiene partes móviles. INCONVENIENTES -Coste relativo alto. -Requiere tramos rectos de tubería aguas arriba y aguas abajo. APLICACIONES Este tipo de medidor es adecuado para la medición de líquidos con buena permeabilidad acústica, con independencia de la conductividad, la viscosidad, la temperatura, la densidad y la presión. Algunos campos de aplicación: -Afluencia del agua sin tratar en plantas de tratamiento de agua. -Aguas residuales tratadas. -Producción de energía y suministro de energía. -Industrias del petróleo, gas y petroquímicia. -Sistemas de riego. -Instalaciones de agua de refrigeración en el sector industrial y en centrales eléctricas. -Instalaciones para el transporte de líquidos no conductores. Figura 2.Modelos de sensores ultrasónicos por tiempo tránsito. Imagen tomada de http://www.siemens.com/ C D M U L T I M E D I A S E N S O R E S D E C A U D A L Página 128 A) Registrar la temperatura o presión, o ambas y calcular las correcciones. B) Compensar automáticamente el caudal sólo para la variable que cambia. C) Compensar automáticamente el caudal para los cambios en la densidad sólo si se esperan variaciones considerables en todas las condiciones de servicio. En este caso puede operarse de dos formas: 1.- Medir la densidad en condiciones de servicio y compensar así de modo directo y automáticamente el caudal. 2.- Medir la densidad en condiciones de referencia y corregirla manual o automáticamente para las variaciones de temperatura (líquido) o temperatura y presión (gas, considerando la compresibilidad constante). Dada la expresión de la densidad de gas a 0 ° C y 1 atmósfera absoluta de presión es : ࣋ ࢘ =ࡼ ૚·૛ૠ૜ ࢀ· ࣋ ࢙ P=Presión absoluta de servicio. T=Temperatura absoluta de servicio. ߩ ௦ =densidad del gas a 0 ° C y 1 atmósfera. La expresión del caudal queda: ࡽ ࡼ ૛ = ࡷሺ࢖ ࢇ − ࢖ ࢉ ሻ·ࡼ ૚·૛ૠ૜ ࢀ· ࣋ ࡿ = ࡷ´ሺ࢖ ࢇ − ࢖ ࢉ ሻ·ࡼ ࢀ En la Figura 2. están representadas varias configuraciones de compensadores neumáticos de temperatura y/o presión: Figura2.Compensadores neumáticos de temperatura y/o presión. Antonio Creus Solé (1997). “Instrumentación Industrial”·MARCOMBO C D M U L T I M E D I A S E N S O R E S D E C A U D A L Página 129 En el caso de que la compensación sea mediante instrumentos electrónicos, puede operarse de varias formas: A) Mediante una unidad compensador (multiplicador-divisor) que trabaja con un transmisor de presión diferencial, un transmisor de presión absolouta PP/I de 4-20 mA y un transmisor de temperatura TC/I de 4-20 mA. Figura 3. Unidad compensadora. B) Mediante una unidad calculadora que compensa el caudal de gas para las variaciones de temperatura y presión con correcciones manuales de peso específico y compresibilidad. Figura 4. Unidad calculadora de caudal masa por compensación de temperatura y presión. Antonio Creus Solé (1997). “Instrumentación Industrial”·MARCOMBO C D M U L T I M E D I A S E N S O R E S D E C A U D A L Página 130 C) A través de una unidad calculadora que compensa el caudal de gas para las variaciones de densidad del gas con correcciones manuales del peso específico. Figura 5. Unidad calculadora de caudal masa por compensación de densidad. Antonio Creus Solé (1997). “Instrumentación Industrial”·MARCOMBO A través de un compensador digital con microprocesador: Figura 6. Computador de caudal. Antonio Creus Solé (1997). “Instrumentación Industrial”·MARCOMBO En cada uno de los sistemas discretos, la precisión final de la medida depende de la influencia de todos los componentes empleados incluyendo los elementos primarios y los instrumentos finales tales como receptores, integradores, controladores, etc.. C D M U L T I M E D I A S E N S O R E S D E C A U D A L Página 131 8.3.3.2 SENSORES DE MEDIDA DIRECTA DE CAUDAL MÁSICO 8.3.3.2.1 CAUDALÍMETROS AXIALES DESCRIPCIÓN Y CARACTERÍSTICAS Los medidores axiales se basan en el principio de conservación del momento angular de los fluidos: Partiendo de Z= I ·α Z= Par. I= Momento de inercia Α= Aceleración angular Y dado que I=m ·࢘ ૛ , H = I·w se llega a ࢓ ࢚=ࢆ ࢘ ૛ ࢝ H= Momento angular. m= Masa. t= Tiempo. r= Radio de giro. w= Velocidad angular. Comunicándo al fluido un momento angular y manteniendo constante la velocidad angular, la medición del par producido permitirá determinar el caudal de masa ya que r ଶ es constante en el sistema. Dentro de los medidores de momento angular podemos encontrar el medidor axial de una turbina o el medidor axial de doble turbina. El medidor axial de una turbina consiste en un rotor radial con canales de paso del fluido, que gira a una velocidad constante por acoplamiento magnético con un motor síncrono, comunicando al fluido un momento angular. Una turbina adyacente al rotor impulsor elimina el momento angular del fluido y recibe un par proporcional al mismo. La turbina está frenada por un resorte y su posición angular es proporcional al par, obteniendo así la medida del caudal de masa. C D M U L T I M E D I A S E N S O R E S D E C A U D A L Página 132 Figura 1. Medidor axial de una turbina. Antonio Creus Solé (1997). “Instrumentación Industrial”·MARCOMBO El medidor axial de doble turbina contiene dos turbinas montadas en el mismo eje y enlazadas con un dispositivo de torsión calibrado. Las palas de las turbinas son de ángulos distintos y tienden a girar a velocidades angulares distintas. La unión a través del dispositivo de torsión causa un desfase entre las mismas que es una función del par del sistema. Cada turbina tiene un captador que da un impulso por cada vuelta. El impulso de la turbina anterior abre un circuito puerta y el de la posterior lo cierra. Durante el tiempo de apertura se excita un oscilador y el número de oscilaciones indica el desfase angular entre las dos turbinas. El ángulo da el valor del par, que es proporcional a la medida del caudal de masa. Figura 2. Medidor axial de dos turbinas. Antonio Creus Solé (1997). “Instrumentación Industrial”·MARCOMBO C D M U L T I M E D I A S E N S O R E S D E C A U D A L Página 133 En la figura 3 puede observarse un diagrama de bloques del principio de operación del medidor: Figura 3. Diagrama de bloques de un medidor axial. Los medidores axiales tienen una precisión de ± 1 % del valor leído con un intervalo de medida de caudales entre el valor máximo y el mínimo de 5 a 1. VENTAJAS E INCONVENIENTES VENTAJAS -Sistema de medida sencillo. -Baja pérdida de carga del medidor. INCONVENIENTES -Coste relativo alto. -Inexacto para caudales bajos. -Sólo puede medir caudales en un solo sentido. -Incapaz de medir variaciones rápidas en el caudal. -Baja rangeabilidad. C D M U L T I M E D I A S E N S O R E S D E C A U D A L Página 134 APLICACIONES El medidor axial se utiliza tanto para la medida de líquidos como de gases de bajos caudales. Su principal campo de aplicación es la medida de combustibles de aviones, aunque con el tiempo está siendo sustituido por otros dispositivos de medición de caudal. 8.3.3.2.2 CAUDALÍMETROS TÉRMICOS DESCRIPCIÓN Y CARACTERÍSTICAS El medidor térmico se basa en el principio por el cual la temperatura de un fluido se incrementa en su paso por un cuerpo caliente. El primer medidor de flujo térmico fue descrito por C.C. Thomas, en 1911, y desarrollos de diseño posteriores no alteran sustancialmente los componentes básicos de este diseño: Consta de una fuente eléctrica de alimentación de precisión que proporciona un calor constante al punto medio del tubo por el cual circula el caudal. En puntos equidistantes de la fuente de calor se encuentran sondas de resistencia para medir la temperatura a través de un puente de Wheatstone. Cabe señalar que anteriormente se usaban termopares para la determinación de la temperatura, sin embargo han sido sustituidos en la actualidad por sensores resisitivos. Figura 1. Medidor térmico Si el fluido está en reposo, la temperatura es idéntica en las dos sondas. Sin embargo, cuando el fluido circula, transporta una cantidad de calor hacia el segundo elemento C D M U L T I M E D I A S E N S O R E S D E C A U D A L Página 135 ܶ ଶ , y se presenta una diferencia de temperaturas que va aumentando progresivamente entre las dos sondas a medida que aumenta el caudal. Esta diferencia es proporcional a la masa que circula a través del tubo: ࡽ = ࢓ · ࢉ ࢋ ሺ࢚ ૛ − ࢚ ૚ ሻ Q= Calor transferido. M= Masa del fluido. ܿ ௘ = Calor específico. ݐ ଵ = Temperatura anterior. ݐ ଶ = Temperatura posterior. El puente de Wheatstone determina la diferencia de temperaturas y la amplifica con una señal de salida de 0-5V c.c. en 1KΩ que puede ser utilizada en registradores digitales y controladores. La precisión de este medidor es de ± 1 % de toda la escala, la repetibilidad de ± 0,2 % de la escala y la constante de tiempo de 0,5 a 3 s. Como la potencia calorífica precisada en este tipo de diseño crece sustancialmente con el diámetro del tubo, el uso de estos sensores está limitado a tubos de pequeñas dimensiones. Por ello, para aumentar el caudal medible se deriva con un capilar el fluido y se intercala un laminador que garantiza el mismo flujo laminar que en el capilar. Conociendo la relación de secciones entre el laminador y el capilar, midiendo el caudal en el sensor se obtiene la medida de caudal total. De este modo, los caudales medibles llegan a 15l/min en gases y a 20 Kg/h en líquidos. Figura 2. Medidor térmico con tubo capilar y laminador. C D M U L T I M E D I A S E N S O R E S D E C A U D A L Página 136 Otra manera mediante la cual puede limitarse la potencia calorífica cedida consiste en inyectar el calor únicamente en la capa límite del fluido, adyacente a la pared del tubo. En estos medidores de flujo de capa límite los sensores de temperatura están instalados en una muesca en la pared interior del tubo, aunque aislado del fluido o colado alrededor del tubo. Figura 3. Medidor de flujo de capa límite. La cantidad de calor cedida varía con la velocidad de la masa del flujo y la temperatura diferencial, de manera que la relación es más compleja que en el medidor de flujo Thomas. Otra alternativa es el medidor de caudal por conducto calentado en el que el calor es conducido a lo largo de un circuito con sumideros de calor en los extremos. Se utiliza un termopar diferencial para la medida de la distribución de temperatura entre dos puntos del conducto. A medida que la velocidad del flujo aumenta, el sensor detecta un aumento de temperatura entre dos puntos del conducto. A medida que la velocidad del flujo aumenta, la unión sensora TC-2 detecta un aumento de temperatura, mientras que la unión sensora TC-1 detecta una disminución de la temperatura. La fem termoeléctrica generada por el termopar diferencial es proporcional a la velocidad de masa del fluido, para un gas de capacidad calorífica conocida. Diseños más sotisficados utilizan termómetros resistivos en vez de termopares diferenciales y pueden incorporar acondicionadores de señal y técnica de visualización, incluyendo una salida discreta. C D M U L T I M E D I A S E N S O R E S D E C A U D A L Página 137 Figura 4. Medidor de flujo por conducto calentado. El anemómetro de hilo caliente es un caso particular de medidor de flujo térmico. Se utilizan principalmente para medir la velocidad del viento o el flujo de otros gases; sin embargo, algunos diseños son también utilizables en fluidos líquidos. Los elementos sensores reisistivos consisten en hilos metálicos delgados o películas depositadas soportadas por conexiones eléctricas, de manera que la conducción calorífica de los elementos de soporte sean mínimas. El sensor se conecta a un circuito en puente de Wheatstone en el que la excitación proporciona el autocalentamiento adecuado. Cuando se sumerge en el fluido a medir, el elemento pierde calor, por convección, cedido al fluido. Esta pérdida de calor convectivo varía aproximadamente con la raíz cuadrada de la velocidad del fluido. Existes dos modos de operación: El circuito puente de un anemómetro de corriente constante, que obtiene la excitación a partir de una fuente de corriente constante. La corriente se ajusta de manera que el sensor se calienta a una temperatura óptima para la aplicación. Un aumento del caudal del fluido ocasiona una disminución de la temperatura del sensor, la resistencia cambia de valor y ocasiona un desequilibrio en el puente ocasionando una tensión diferencial a la salida. El anemómetro de temperatura constante consta de un sensor de temperatura no calentado actuando de compensación del sensor calentado. A medida que el sensor se enfría a causa de un aumento de la velocidad del fluido, su resistencia desequilibra el puente obteniéndose una salida de tensión diferencial. Dicha salida se aplica a una unidad de control que contiene una etapa amplificadora de elevada ganancia y cuya salida es la excitación del puente. Un desequilibrio del puente hace que la unidad de C D M U L T I M E D I A S E N S O R E S D E C A U D A L Página 144 Las principales aplicaciones del caudalímetro según el principio de medición de Coriolis se encuentran en todos los ámbitos industriales tales como: -Industria química y farmacéutica: Detergentes, materias primas, productos farmacéuticos, ácidos, bases. -Alimentos y bebidas: Productos lácteos, cerveza, vino, bebidas sin alcohol, zumos de fruta y pulpa de fruta, embotellado, dosificación de CO 2 , líquidos CIP. -Industria del automóvil: Comprobación de toberas y bombas de inyección de combustible, rellenado de sistemas de aire acondicionado, consumo del motor, robots de esmaltado. -Aceite y gas: Llenado de botellas de gas, control de quemadores, distribuidores de gas natural a presión, separadores de prueba, gas licuado. -Aguas y aguas residuales: Dosificación de productos químicos para el tratamiento de agua. Figura 4.Modelos de caudalímetros por efecto Coriolis. Imagen tomada de http://www.siemens.com/ 8.3.4 CAUDALÍMETROS PARA CANALES ABIERTOS DESCRIPCIÓN Y CARACTERÍSTICAS En la medición de canales abiertos se utilizan vertederos de formas variadas que provocan una diferencia de alturas de líquido en el canal entre la zona anterior del vertedero y su punto más bajo. El vertedero debe formar un ángulo recto con la dirección del caudal y el canal aguas arriba debe formar un tramo recto como mínimo en una distancia de 10 veces la anchura. La diferencia de alturas debe medirse aguas arriba de la curva de la bajada. Posee una precisión del 1-2 %. El caudal es proporcional a la diferencia de alturas según la fórmula: ࡽ = ࡷ · ࢒ · ࡴ ࢔ C D M U L T I M E D I A S E N S O R E S D E C A U D A L Página 145 K=Constante que depende del tipo de vertedero. L= Ancho de la garganta del vertedero en metros. H= Diferencia máxima de nivel del líquido. N=Exponente que es función de la geometría del canal. Los vertederos pueden diferenciarse según su geometría en la descarga en: -Vertedero rectangular. -Vertedero trapezoidal o de Cipolletti. -Vertedero de Parshall -Vertedero triangular. También existen otras versiones de cada uno de estos tipos como son los de Khafagi, BSC (British Estándar Channel), el tipo H. VERTEDERO RECTANGULAR Es el más antiguo y usado principalmente por su simplicidad. Figura 1. Perfil vertedero rectangular. Imagen tomada de http://www.bombasyaccesorios.com.ar/images/ares_imag_esp_1.jpg La fórmula por la cual se rige es: ࡽ = ૚, ૡ૝ · ሺ૚ − ૙, ૛ ࡴሻ· ࡴ ૜ ૛ Se puede aplicar para caudales de hasta 2000 m ଷ /h. C D M U L T I M E D I A S E N S O R E S D E C A U D A L Página 146 VERTEDERO TRAPEZOIDAL El canal trapezoidal o de Cipolleti tiene la ranura en forma de trapecio invertido. La pendiente de los lados del trapecio corrige las contracciones laterales del manto de agua y el caudal es por lo tanto proporcional a la altura de la cresta. Figura 2. Perfil vertedero trapezoidal. Imagen tomada de http://www.bombasyaccesorios.com.ar/images/ares_imag_esp_1.jpg La fórmula por la que se rige es: ࡽ = ૚, ૡ૟ · ࢒ · ࡴ ૜ ૛ La longitud total del canal es hasta 10 veces el acho máximo del vertedero. VERTEDERO DE PARSHALL El vertedero de Parshall se aplica con líquidos con alto porcentaje de sólidos o cuando el espacio disponible no es suficiente para los otros tipos de canales. Figura 3. Figura 4. Figura 3. Vertedero de Parshall. Imagen tomada de http://www.garabito.net/page33.html Figura 4. Perfil vertedero de Parshall. Imagen tomada de http://www.bombasyaccesorios.com.ar/images/ares_imag_esp_1.jpg C D M U L T I M E D I A S E N S O R E S D E C A U D A L Página 147 La ecuación por la cual se rige es la genérica con el exponente, n, variable según la geometría: K L(metros) n 2,32 0,076 1,547 2,5 0,152 1,58 2,34 0,228 1,53 2,26 0,305 1,522 2,31 0,457 1,54 2,34 0,609 1,55 2,39 0,914 1,566 2,42 1,219 1,578 VERTEDERO TRIANGULAR El vertedero triangular o en V consiste en una placa triangular con el vértice dirigido hacia abajo y con cada lado con igual ángulo de inclinación (normalmente 45º). Figura 5. Perfil vertedero triangular. Imagen tomada de http://www.bombasyaccesorios.com.ar/images/ares_imag_esp_1.jpg Permite realizar mediciones en rangos más amplios de caudal. Puede llegar hasta 2500 m ଷ /h. Para un vertedero de 90º la ecuación por la cual se rige es: ࡽ = ૚, ૜૜ · ࡴ ૛,૝ૠ૞ Para la transducción a sistemas de registro o visualización remota se debe aplicar sistemas de sensado de nivel. Estos pueden ser de los siguientes tipos: C D M U L T I M E D I A S E N S O R E S D E C A U D A L Página 148 Tipo flotador: El cuerpo flotante a su vez puede interconectarse con transductores inductivos o potenciómetros que transformen el desplazamiento en una señal eléctrica. Tipo ultrasónico: Con un emisor y receptor de ondas ultrasónicas, midiendo el tiempo de vuelo de las ondas. APLICACIONES Los principales campos de aplicación de la medición de caudal en canales abiertos son: -Plantas de tratamiento de agua -Plantas de tratamiento de efluentes líquidos. -Sistemas de irrigación de campos. -Laboratorios de pruebas hidráulicas. C D M U L T I M E D I A S E N S O R E S D E C A U D A L Página 149 9. LISTADO DE CARPETAS C D M U L T I M E D I A S E N S O R E S D E C A U D A L Página 150 10. BIBLIOGRAFÍA 10.1 DOCUMENTACIÓN TÉCNICA "Process Instruments and Controls Handbook" Douglas M. Considine- Glenn D. Considine (McGraw-Hill Book Company) “Sensores y analizadores” Harry N. Norton (Editorial Gustavo Gili,S.A) “Instrumentación Industrial” Antonio Creus (Marcombo Boixareu Editores) “Sensores acondicionadores de señal” Ramón Pallás Areny (Marcomobo) “Transducers Theory & Applications” John A.Allocca (Reston Publishing Company) “Mecánica de fluidos” Frank M.White (Mc Graw Hill) “Mecánica de fluidos” Antonio Crespo Martinez (Thomson) “Director Mx y Lingo” Phil Gros (Anaya) “Guía de campo de Macromedia Director MX” Francisco Pascual González (Ra-ma) 10.2 PÁGINAS WEB CONSULTADAS http://www.siemens.com/entry/es/es/ http://www.robert-bosch-espana.es/content/language1/html/index.htm http://www2.emersonprocess.com/ENUS/BRANDS/rosemount/Pages/index.as px http://www.odinsa.com.ar http://www.hofferflow.com/ http://www.abb.es/ http://www.honeywell.com/sites/es/ http://www.kral.at/?L=2 http://www.sensirion.com/ http://www.schmidttechnology.de/es/index.htm http://www.tecfluid.com/ http://www.festo.com/cms/es_es/index.htm http://www.alldatasheet.com/ http://www.datasheetcatalog.com/ http://www.sapiens.itgo.com/documents/doc16.htm http://proton.ucting.udg.mx/dpto/maestros/mateos/clase/Modulo_05/detecto res/orificio/index.html http://aguas.igme.es/igme/publica/libros2_TH/art2/pdf/teoria.pdf http://www.buenastareas.com/search_results.php?action=search&query=sens ores+de+caudal http://www.arpisa.com.mx/g.html http://www.hunterriego.com/productos/difusores/spcltynzzlintro.html C D M U L T I M E D I A S E N S O R E S D E C A U D A L Página 151 http://www.europages.es/guia-empresas/psrw/toberas.html http://www.quiminet.com/pr3/toberas.htm http://maxventuri0.tripod.com/teoria.html http://www.monografias.com/trabajos11/presi/presi.shtml http://www.flowmetersflowmeasurement.com/VenturiNozzleweldType_Es.html http://www.inti.gov.ar/hilo/h14/h14-4.php http://proton.ucting.udg.mx/dpto/maestros/mateos/clase/Modulo_05/detecto res/venturi/index.html http://www.scribd.com/doc/7192939/Teoria-de-Medicion-de-Caudal http://www.elster-instromet.com/en/diaphragm_meters.html http://www.efunda.com/designstandards/sensors/flowmeters/flowmeter_pd.c fm http://medirvariables.blogspot.com/ http://www.instrumentacionycontrol.net/es/proyectos-y-trabajos.html http://www.industryarea.es/Sensores-de-caudal-P1398-S1.html http://www.aguamarket.com/ http://www.bombasyaccesorios.com.ar/ http://www.todocontrol.com/index1.html http://www.garabito.net/ http://www.dastecsrl.com.ar/sitio/ http://es.mt.com/es/es/home/products/ProcessAnalytics/DO_Flow_Sensor/Th ornton_Flow_Family/Thornton_Flow_Sensors_1.html http://www.aqualityperu.com/medidores-sensores-caudal.html http://www.aiqsa.com/productos/comercial/valvulas/auto/sensores/sensores. htm http://www.hellopro.es http://www.flowmeters.com/ http://www.flowmeterdirectory.com/ http://www.omega.com/prodinfo/flowmeters.html http://www.flowmetermanufacturers.com/ http://macemeters.com/ http://biblioteca.universia.net/ficha.do?id=49447756 http://www.engineeringtoolbox.com/fluid-flow-meters-t_49.html http://www.brooksinstrument.com/ http://www.foxthermalinstruments.com/ http://www.lakemonitors.com/ http://www.fluidcomponents.com/ C D M U L T I M E D I A S E N S O R E S D E C A U D A L Página 152 11. CONCLUSIONES, FECHA Y FIRMA Con todo lo anteriormente expuesto, se espera que el presente proyecto contenga la suficiente información con la mayor claridad y extensión para permitir al usuario un perfecto aprendizaje del funcionamiento de los sensores de CAUDAL de una forma amena y sencilla. Queda a disposición de la autoridad competente para cualquier duda, sugerencia o modificación a verificar. Fecha Firma GABRIEL DOBATO ININGALATURRRE C D M U L T I M E D I A S E N S O R E S D E C A U D A L Página 153 ANEXO: CÓDIGO DE PROGRAMACIÓN DE DIRECTOR