Caudalímetro de área variable

Diseño: Aquí se está creando la versión española del sitio web www.schwebekoerper.de. Pido disculpas por los errores lingüísticos que aún puedan existir. Estaré encantado de recibir información sobre cualquier corrección lingüística necesaria.

Cálculo teórico de un caudalímetro de área variable

Un caudalímetro de área variable consiste básicamente en:

• Un tubo de forma cónica que se monta verticalmente y en el que la sección transversal del tubo aumenta hacia la parte superior.
• Un flotador que puede moverse libremente en la tubería.
  El flujo del medio empuja el flotador hacia arriba y la gravedad tira de él hacia abajo.

Cálculo de las fuerzas individuales:

• Fuerza de flujo F_W
  La fuerza de flujo F_W, que empuja el flotador hacia arriba, depende del caudal y de las propiedades aerodinámicas (forma) del flotador. Se calcula mediante la fórmula conocida de la aerodinámica.
  F_W= 0,5 ⋅ ρ_R ⋅ v² ⋅ C_W ⋅ A
  ρ_R: Densidad del medio en el espacio anular entre el flotador y el tubo de medición [kg/m³].
      Esta puede desviarse de la densidad normal del medio (ρ_M) en medios compresibles (gases).
      Como ρ_R es difícil de calcular, en la práctica se suele utilizar la densidad normal del medio (ρ_M).
      La diferencia se tiene en cuenta mediante el valor C_W determinado empíricamente.
  v: Velocidad de flujo del medio en el intersticio anular [m/s].
  C_W: Coeficiente de resistencia aerodinámica (en función de la forma y las propiedades de la superficie del flotador),
       la superficie del tubo de medición y el número de Reynolds [adimensional].
  A: Área de la sección transversal del flotador (área de proyección = diámetro mayor) [m²]
  
  
• Fuerza de peso del flotador F_G
  F_G= ρ_S ⋅ V_S ⋅ g
  ρ_S: Densidad del flotador [kg/m³]
  V_S: Volumen del flotador [m³]
  g: Aceleración debida a la gravedad 9,81 [m/s]
  
  
• Flotación del flotador F_A
  F_A= ρ_M ⋅ V_S ⋅ g
  ρ_M: Densidad del medio [kg/m³]
  V_S: Volumen del flotador [m³]
  g: Aceleración debida a la gravedad 9,81 [m/s]
  
  
• Relación entre la velocidad del flujo y el caudal volumétrico
  La velocidad del caudal v del caudalímetro de área variable está directamente relacionada con el caudal volumétrico Q.
  Q= v⋅A_R
  v: Velocidad de flujo del medio en el intersticio anular [m/s]
  A_R: Sección transversal libre entre el flotador y el tubo de medición, en la posición del flotador [m²].
  Es el espacio a través del cual puede fluir el medio.
  Esta área cambia con la altura del flotador.
  

Resumen de las fuerzas individuales:
Para determinar el caudal volumétrico teórico de un caudalímetro de área variable en el «estado de flotación», es decir, a una cierta altura en el tubo de medición, se utilizan las fórmulas anteriores de las fuerzas individuales en la ecuación básica.

F_W = F_G - F_A

El resultado es el siguiente:

0,5 ⋅ ρ_R ⋅ v² ⋅ C_W ⋅ A = (ρ_S ⋅ V_S ⋅ g) - (ρ_M ⋅ V_S ⋅ g)

Si se sustituye v² por la fórmula anterior del caudal volumétrico Q, se obtiene la fórmula final para calcular el caudal volumétrico después de la conversión y simplificación:

Cálculo práctico de un caudalímetro de área variable

Este apartado se está revisando actualmente.

Cálculo de una escala en condiciones nuevas

La escala de los caudalímetros de área variable se diseña en fábrica para un fluido específico con sus propiedades (densidad, viscosidad) y las condiciones de funcionamiento (presión, temperatura) a las que se utiliza el dispositivo.

La mayoría de los fabricantes proporcionan software de diseño que puede utilizarse para especificar el dispositivo óptimo para la tarea de medición. para la tarea de medición.

Ejemplo de software de diseño: http://sizing.heinrichs.eu/programs/schwebekoerper/de

La tarea más habitual para el usuario es adaptar la báscula existente a las nuevas condiciones cuando cambian las condiciones de funcionamiento o se utiliza un fluido diferente. o cuando se utiliza un fluido diferente, adaptar la báscula existente a las nuevas condiciones. Los cambios en las propiedades de los materiales y en las condiciones de funcionamiento de los gases o líquidos tienen diferentes influencias. tienen influencias diferentes.

• Gases - Conversión de la escala:
  Los gases son compresibles, es decir, cambian su volumen y, por tanto, su densidad cuando cambian la presión y la temperatura.
  Debido a la baja densidad y viscosidad del gas, un cambio en la densidad y viscosidad con diferentes gases suele tener poca influencia en la medición.
• Líquidos - Conversión de la escala:
  Los líquidos son normalmente no compresibles, es decir, no cambian mucho su volumen y, por tanto, su densidad, con los cambios de presión y temperatura. densidad con los cambios de presión y temperatura.
  Normalmente no hay que tener en cuenta un cambio de presión y temperatura para el mismo fluido. tener en cuenta. Sin embargo, otros valores de viscosidad o densidad tienen una gran influencia en la medición. con líquidos diferentes. También puede ser necesario tener en cuenta los cambios en la viscosidad del líquido causados por un cambio de temperatura.

Las siguientes reglas empíricas pueden utilizarse para calcular un factor con el que una escala de medición existente puede convertirse a nuevas condiciones de funcionamiento o propiedades de la sustancia.

• Cálculo del factor para gases: Escala calibrada en volumen estándar (Por ejemplo Nm³/h)

  Nuevos valores de escala = factor x valores de escala calibrados
  p_kal = Presión absoluta de la escala calibrada, p_neu = Presión absoluta de la nueva escala, T_kal = Temperatura de la escala calibrada en Kelvin, T_neu = Temperatura de la nueva escala en Kelvin, d_kal= Densidad del gas de la escala calibrada, d_neu= Densidad del nuevo gas
  Kelvi = 273 + °C

• Cálculo del factor para gases: Escala calibrada en volumen operativo (Por ejemplo m³/h)

  Nuevos valores de escala = factor x valores de escala calibrados
  p_kal = Presión absoluta de la escala calibrada, p_neu = Presión absoluta de la nueva escala, T_kal = Temperatura de la escala calibrada en Kelvin, T_neu = Temperatura de la nueva escala en Kelvin, d_kal= Densidad del gas de la escala calibrada, d_neu= Densidad del nuevo gas
  Kelvin = 273 + °C

Ejemplo de escala neumática Nm³/h calibrada a 2 bar_abs.. Nuevo Presión de funcionamiento 8 bar_abs.