INSTRUMENTACIÓN PARA LA MEDICIÓN DEL CAUDAL. Caudalímetros para tuberías semillenas y canales abiertos

Transcripción

1 INSTRUMENTACIÓN PARA LA MEDICIÓN DEL CAUDAL Caudalímetros para tuberías semillenas y canales abiertos Ultrasonidos-Doppler (CW) Ultrasonidos por Correlación (Escáner) Tiempo de tránsito Otras tecnologías: canales parshall, vertederos normalizados, caudalíemtros electromagnéticos, radar, etc.

2 Requisitos para la Medición de Caudal en Canales La medici n de caudal en sistemas de canales puede realizarse bajo ciertas condiciones hidra licas. Los canales normalmente est n dimensionados para llevar grandes vol menes de agua, pero tambi n trabajan con caudales muy peque os. Los instrumentos de medida en estas aplicaciones deben funcionar adecuadamente en condiciones de grandes caudales, aguas de retorno, bajos niveles y velocidades peque as.

3 Requisitos para la Medición de Caudal en Canales 1. Perfil de velocidades (sección) de una tubería ideal sin rugosidad: 2. Perfil de velocidades (sección) de una tubería con la rugosidad usual del hormigón : V middle V middle V middle

4 Requisitos para la Medición de Caudal en Canales

5 Principios de medición - Indirectos Métodos indirectos usando la medición de nivel: - Vertederos de sobrellenado (CSO) el caudal de sobrellenado se calcula midiendo el nivel - Tuberías semillenas con descarga libre usando las fórmulas de Manning-Strickler. Deberemos conocer la pendiente, el diámetro y los coeficientes de rugosidad para medir el caudal. - Mediciones Venturi son mediciones relizadas en canales con fomas especiales. En este tipo de canales el nivel y el caudal tienen una relación exponencial (parshall, vertederos en V, rectangulares, etc.)

6 Principios de medición - Efecto Doppler Receptor Transmisor Receptor Podemos comprobar que el sonido que produce la sirena de un vehículo que pasa por nuestro lado cambia: cuando se acerca el sonido es más agudo y cuando se aleja más grave. La razón es simple: las ondas son comprimidas cuando se acercan y se descomprimen cuando el vehículo se aleja. Esta variación es relativa, sólo perceptible desde un punto fijo. Para el conductor del vehículo la sirena no varía su sonido. Este efecto, descubierto por Christian Doppler en 1842, se utiliza en astronomía, medicina y en la industria. NIVUS utiliza el efecto Doppler para la medición de caudal, aunque en este caso el emisor y receptor están en un punto fijo y lo que se mueve es el medio y las partículas reflectantes.

7 Principios de Medición - Efecto Doppler Ultrasonidos-Doppler (CW) El principio de medición está basado en un haz de ultrasonidos (f 1 ) transmitido continuamente en un líquido con un ángulo definido y una frecuenca conocida. Una parte de la energía ultrasónica será reflejada por los sólidos o las burbujas contenidos en el líquido. Debido al movimiento de las partícula se producirá una variación el la frecuencia ( f). Esta variación es directamente proporcional a la velocidad de las partículas. A una frecuencia de transmisión constante, un ángulo de transmisió def. y una velocidad de propagación conocida, la velocidad de las partículas puede ser determinada por: V P = K D ƒ. Dependiendo del número de partículas reflectantes y del perfil de velocidades obtendremos un espectro de frecuencias. Este espectro debe ser evaluado por métodos analíticos para obtener una velocidad característica en la distancia medida. A partir de esto podremos obtener la velocidad media v m de la sección mojada.

8 Principios de Medición - Efecto Doppler Perfil del caudal (Sección longitudinal) de una Tubería con la rugosidad normal del hormigón ƒ= Frecuencia del transmisor C0= Velocidad del sonido en el medio VP= Velocidad de la partícula α = Ángulo del haz Ventajas: Fácil montaje Sensores de inmersión y clamp on Construcción no aparatosa Desventajas: Necesidad de partículas o burbujas en el medio Desconocimiento del punto exacto donde se miden las velocidades

9 Principios de medición Correlación ultrasónica Correlación Ultrasónica (scanner) Cámara Ultrasónica Correlación de dos fotos similares

10 Principios de medición Correlación ultrasónica El sistema reconoce en el 2º Escan los reflectores (partículas) E1, E2 y E3. Juntando los dos Escaneados (fotos), conseguiremos ver el movimiento temporal de los reflectores E1, E2 y E3. E4 entrará ahora en el 2º Scan y será evaluado con las siguientes escaneados. Un reflector indefinido no será considerado para la evaluación. Evaluación Señal no tratada

11 Principios de medición Correlación ultrasónica V x + y (t) (t-τ) k ( τ ) = x (t) y - (t- τ ) dτ Ventajas Gran exactitud a través de la evaluación de los perfiles de velocidad Fácil verificación de la velocidades a diferentes profundidades Integración de la medición de la altura Adecuado para grandes secciones de caudal Costes de montaje muy bajos Medición de aceites, no le afecta la conductividad Permite tener en cuenta los depósitos acumulados Desventajas:

12 Principios de Medición: Tiempo de tránsito Se calculará la velocidad media de cada uno de los haces ultrasónicos Ventajas: No obstruimos el medio Gran exactitud No se necesita conductividad mínima Consumo relativamente bajo Desventajas: La instalación y su calibración es crítica Problemas con líquidos muy sucios

13 Equipos: OCM Pro - correlación OCM Pro hace visible el caudal

14 Equipos: OCM Pro - correlación Sensores

15 Equipos: PCM Pro / PCM 4: Portátiles

16 Equipos: PCM Pro / PCM 4 - correlación % 5 & # :.; 0; $ <; 4= sensor externo 5= valor fijo

17 Equipos: PCM Pro / PCM 4 - correlación /=0/// ± 2mm /=.>// ± 2mm : /=<>// ± 0.35% FS? A=0/ ( B =0/ 1 4/ C 0. /// ( $. % 0>($ $.07 +D - $ B Flash Card, RS 485, wireless Radio y Modem (mas 1,2,3,4,5,6,10,12,15,20,30,60 Minutos E 0F050AG5.<F!H5I5E" 5 4 >J (,5 (B,2 K.! + 4F

18 OCM Pro / PCM PRO / PCM 4 - Ventajas Rango de medida muy grande (0 a máximo) Mínima altura de agua para empezar a medir 6-7 cm Medición en medios limpios y muy polucionados (ej. Agua de riego, de lluvia, aguas residuales, fangos) Medición en medios abrasivos No necesitamos líquidos conductivos No desviación del cero (aplicaciones con grasas o contenidos de aceite) Medición en cualquier tipo de canal Gran exactitud Muy fácil programación Sensores especiales (sensores con válvulas, resistentes químicamente, longitudes especiales)

19 OCM Pro / PCM PRO / PCM 4 - Ventajas El OCM Pro muestra 16 velocidades con su altura correspondiente. Éstas pueden ser fácilmente verificables con un instrumento de medición de velocidades puntuales.

20 OCM Pro / PCM PRO / PCM 4 - Ventajas

21 OCM Pro / PCM PRO / PCM 4- Operación

22 OCM Pro /PCM PRO / PCM 4 Diagnósticos

23 OCM Pro - Montaje del sensor

24 Aplicaciones