1. TEMPERATURALa temperatura es una magnitud referida a las nociones comunes de caliente, tibio o frío que puede ser medida con un termómetro. En física, se define como una magnitud escalar relacionada con la energía interna de un sistema termodinámico, definida por el principio cero de la termodinámica. Más específicamente, está relacionada directamente con la parte de la energía interna conocida como «energía cinética», que es la energía asociada a los movimientos de las partículas del sistema, sea en un sentido traslacional, rotacional, o en forma de vibraciones. A medida de que sea mayor la energía cinética de un sistema, se observa que éste se encuentra más «caliente»; es decir, que su temperatura es mayor.El desarrollo de técnicas para la medición de la temperatura ha pasado por un largo proceso histórico, ya que es necesario darle un valor numérico a una idea intuitiva como es lo frío o lo caliente.La temperatura se mide con termómetros, los cuales pueden ser calibrados de acuerdo a una multitud de escalas que dan lugar a unidades de medición de la temperatura. En el Sistema Internacional de Unidades, la unidad de temperatura es el kelvin (K), y la escala correspondiente es la escala Kelvin o escala absoluta, que asocia el valor «cero kelvin» (0 K) al «cero absoluto», y se gradúa con un tamaño de grado igual al del grado Celsius. Sin embargo, fuera del ámbito científico el uso de otras escalas de temperatura es común. La escala más extendida es la escala Celsius, llamada «centígrada»; y, en mucha menor medida, y prácticamente sólo en los Estados Unidos, la escala Fahrenheit. También se usa a veces la escala Rankine (°R) que establece su punto de referencia en el mismo punto de la escala Kelvin, el cero absoluto, pero con un tamaño de grado igual al de la Fahrenheit, y es usada únicamente en Estados Unidos, y sólo en algunos campos de la ingeniería.

Conversiones de Escalas Temperaturas

2. PRESIÓNDefinición

Conversión de

para Fórmula

Celsius Fahrenheit °F = °C × 1,8 + 32

Fahrenheit Celsius °C = (°F − 32) / 1,8

Celsius kelvin K = °C + 273,15

kelvin Celsius °C = K − 273,15

La presión es la magnitud escalar que relaciona la fuerza con la superficie sobre la cual actúa, es decir,equivale a la fuerza que actúa sobre la superficie. Cuando sobre una superficie plana de área A se aplica una fuerza normal F de manera uniforme, la presión P viene dada de la siguiente forma: P = F/A

Unidades de medida, presión y sus factores de conversiónLa presión atmosférica media es de 101 325 pascales (101,3 kPa), a nivel del mar, donde 1 Atm = 1,01325 bar = 101325 Pa = 1,033 kgf/cm² y 1 m.c.a = 9,81 kPa.

Unidades de presión y sus factores de conversión

  Pascal bar N/mm² kp/m² kp/cm² atm Torr PSI

1 Pa (N/m²)= 1 10-5 10-6 0,1020,102×10

-4

0,987×1

0-5 0,00750,0001450

3

1 bar (10N/cm²) = 105 1 0,1 10200 1,02 0,987 750 14.5036

1 N/mm² = 106 10 11,02×1

05 10,2 9,87 7500 145.0536

1 kp/m² = 9,819,81×10-

5

9,81×1

0-6 1 10-40,968×1

0-4 0,0736 0.001422

1 kp/cm² =9,81x1

04 0,981 0,0981 10000 1 0,968 736 14.22094

1 atm (760 Torr) =

101325 1,01325 0,1013 10330 1,033 1 760 14.69480

1 Torr (mmHg) =

133,320,001333

2

1,3332

×10-4 13,6 1,36x10-31,32x10

-3 1 0.019336

1 PSI (libra / pulgada

cuadrada) =

6894.75729

0.689480.0689

4703.18

80.070318

80.68046

51.7149

1

Las obsoletas unidades manométricas de presión, como los milímetros de mercurio, están basadas en la presión ejercida por el peso de algún tipo estándar de fluido bajo cierta gravedad estándar. Las unidades de presión manométricas no deben ser utilizadas para propósitos científicos o técnicos, debido a la falta de repetibilidad inherente a sus definiciones. También se utilizan los milímetros de columna de agua (mm c.d.a.).

3. MEDICIÓN DE SUSTANCIAS GASEOSASA diferencia de los líquidos, los gases pueden comprimirse. La densidad de un gas varía en función de la presión y la temperatura. De acuerdo con la ecuación de los gases perfectos,

P1*V1/T1 = P2*V2/T2

el volumen del ejemplo cambia de 1 m3 aguas arriba del compresor a 0,172 m3 aguas abajo. Puesto que en nuestro ejemplo existe un flujo, el volumen se expresa en función del tiempo (caudal volumétrico). La figura muestra el caudal másico del aire, que se mantiene constante a 1,205 kg/h a lo largo de toda la distancia. La densidad pasa de 1,205 kg/m3 aguas arriba del compresor a             kg7,001 -------             m³aguas abajo. En general, el caudal másico se especifica en forma de caudal volumétrico estándar, es decir, como un caudal volumétrico conforme con la norma DIN 1343.

Los medidores de caudal volumétrico pueden determinar el caudal de volumen de fluido de dos formas:• Directamente (con dispositivos de desplazamiento positivo)• Indirectamente (mediante dispositivos de presión diferencial)

Medidores de presión diferencial• Tubos Venturi• Placas orificio• Tubos Pitot• Codos• Medidores de área variable• Medidores de placa

Medidores con accionamiento mecánico Medidores de desplazamiento positivo 1. Medidores de desplazamiento positivo para líquidos Medidores de tipo pistón Medidores de paletas deslizantes Medidores de engranajes Medidores de rueda oval Medidores helicoidales

Medidores de turbina Otros medidores volumétricos

Medidores de caudal electromagnético Medidores ultrasónicos Medidores ultrasónicos por impulsos Medidores ultrasónicos utilizando el efecto Doppler

3.1. MEDICION DE NIVEL La medida de nivel es junto con la presión, volumen, velocidad y caudal de gran importancia en hidrografía, hidráulica y en los procesos industriales. Aplicaciones frecuentes  son las medidas de los niveles de los estanques y recipientes de todo tipo, en canales, pozos, exclusas, vertederos, etc. Esta medida sirve para determinar el contenido de los tanques para accionar dispositivos de alarma y seguridad en los recipientes a presión, para el accionamiento de válvulas y vertederos en la regulación de las centrales hidroeléctricas, para la determinación de la altura de la lamina en los vertederos de medidas, etc. En la industria química la medida de nivel se requiere para determinar la cantidad exacta de líquidos que hay que administrar en un proceso de mezcla, etc. Finalmente la medición del nivel de fluido en los procesos de destilación, calderas, etc.La medida del nivel puede ser necesaria con mucha o poca precisión, con indicación del nivel instantáneo o con registro continuo de la medida, con medición local o transmisión a distancia de unos centenares o miles de metros. Forzosamente nos limitamos a dar una breve idea de los instrumentos más importantes, relegando su estudio más detallado a los manuales de instrumentación.          

3.2. MEDIDORES DE NIVEL DE LÍQUIDOS.        La medida del nivel de los líquidos es una de las mediciones fundamentales que se encuentran con más frecuencia en las industrias químicas.        El conocimiento del nivel de un líquido dentro de un recipiente puede necesitarse simplemente para comprobar la cantidad de material en existencia, para determinar la cantidad de líquido que se suministra a un proceso, o bien puede ser la medición primaria en un sistema de regulación destinado a mantener el nivel en un recipiente que forma parte de un proceso continuo.        Un factor importante es la forma del recipiente en el cual se debe medir el nivel del líquido. El grado de exactitud depende de la forma del recipiente, ya que en un recipiente alto y de pequeño diámetro puede medirse más exactamente que otro aplanado y de diámetro grande.        Recíprocamente, cuando hay que regular el nivel de un líquido, quizá sea conveniente tener un recipiente de gran sección transversal horizontal, ya que esto proporcionará capacidad de regulación al sistema. Evidentemente, la forma del recipiente no sólo influirá sobre la sensibilidad del instrumento medidor del nivel del

líquido en las cuantificaciones de volúmenes, sino también habrá de tenerse en cuenta en la elección del tipo de instrumento más conveniente para el caso.       El nivel de los líquidos puede determinarse empleando diversos instrumentos de medición, que a continuación se detallan.

3.3 INSTRUMENTOS DE MEDIDA DIRECTA. Los instrumentos de medida directa son aquellos que trabajan midiendo directamente la altura de un líquido sobre una línea de referencia. Los principales instrumentos de medida directa son el medidor de sonda, nivel de cristal e instrumentos de flotador.  Tubo de vidrio provisto de escala conectado al recipiente

3.3.1 Medidor de Sonda.        El medidor de sonda es un instrumento bastante simple para medir niveles, que consiste en una varilla o regla graduada de una longitud conveniente para ser introducida dentro de un depósito. La determinación del nivel dentro del recipiente, se mide por lectura directa de la longitud de la varilla mojada por el líquido y es esencial que en el momento de la medición el tanque se encuentre abierto a presión atmosférica.        Este método es efectivo y ampliamente utilizado para medir el nivel en los tanques de una gasolinera, pero no es muy práctico sobre todo si el contenido a medir es tóxico o corrosivo, ya que el individuo que introduce la varilla debe estar de pie sobre la abertura del tanque para manejarla.        Otro tipo de medidor, consiste en una varilla graduada que en su extremo inferior posee un gancho que se sumerge en el seno del líquido contenido en el tanque. Luego, éste se levanta hasta que rompa la superficie del líquido, de modo que la distancia desde esta superficie hasta la parte superior del tanque represente, indirectamente, el nivel. Este instrumento se emplea, generalmente, en tanques de agua que se encuentran a presión atmosférica

3.3.2 Nivel de Cristal.        El nivel de cristal consiste en un tubo de vidrio con sus extremos conectados a bloques metálicos y cerrados por prensaestopas, que están unidos al tanque, generalmente, mediante tres válvulas, dos de cierre de seguridad en los extremos del tubo, para impedir el escape del líquido en caso de rotura del cristal, y una de purga.        Dentro de los medidores de nivel de cristal

podemos encontrar el medidor de nivel de cristal normal y el medidor de nivel de cristal con armadura. El primero, se emplea para presiones de hasta 7 bar. Cuando las presiones son más elevadas que 7 bar, el cristal de este medidor es grueso, de sección rectangular y protegido por una armadura metálica.        La determinación del nivel del líquido para este tipo de medidor se puede realizar por intermedio de un cristal a reflexión o bien por transparencia. En el primer caso, ., el vidrio en contacto con el líquido está provisto de ranuras longitudinales que actúan como prismas de reflexión, indicando la zona de líquido con un color oscuro casi negro, y la zona superior en contacto con el vapor, de color claro.        En la lectura de nivel por transparencia, el líquido está contenido entre dos placas de vidrio planas y paralelas que permiten ver directamente el nivel mejorando, de esta forma, la apreciación visual del color, características o interfase del líquido, al acoplar una lámpara de iluminación al sistema.        Para mayor seguridad, las válvulas de cierre incorporan una pequeña bola que actúa como válvula de retención en caso de rotura del vidrio.        La ventaja principal de los medidores de nivel de cristal es la gran seguridad que ofrece en la lectura del nivel del líquido, pudiendo controlar con ellos, la lectura de los otros tipos de aparatos de nivel.

3.3.3. Instrumentos de Flotador.         La medición de nivel con instrumentos de flotador es menos común en la industria en general, pero se emplea muy frecuentemente en el campo del tratamiento de aguas potables y de desechos.

        Hay que señalar que en estos instrumentos, el flotador puede tener formas muy variadas y estar formado por diversos materiales según sea el tipo de fluido.

        Básicamente, consisten en un flotador situado en el seno del líquido y conectado al exterior de un tanque indicando directamente el nivel, donde dicha conexión puede ser directa, magnética o hidráulica. 

Flotador de Conexión Directa.

        Este modelo de flotador es, generalmente, una pieza metálica hueca de forma circular, con alambres de guía que van de la parte superior a la inferior del tanque, para limitar su movimiento. Constituye el modelo más antiguo y el más utilizado en tanques de almacenamiento de gran capacidad como los de fuel-oil y gas-oil.

        El flotador de conexión directa está unido por una cadena o cinta flexible que desliza en un juego de poleas a un indicador de nivel exterior que señala sobre una escala graduada. Este indicador está provisto de un contrapeso de tal manera que la cinta o cadena se mantenga tensa.

        Por otro lado, este tipo de instrumento tiene el inconveniente de que las partes móviles están expuestas al fluido y pueden romperse. Además, el tanque no puede estar sometido a presión y es esencial que el flotador se mantenga limpio. 

Flotador acoplado magnéticamente. 

        Se ha desarrollado una gran variedad de medidores de nivel activados con flotador, que transmiten el movimiento de éste por medio de un acoplamiento magnético.

        Este instrumento de medición de nivel consta de un flotador desliza exteriormente a lo largo de un tubo de guía sellado, situado verticalmente en el interior del tanque . Dentro del tubo, una pieza magnética o imán, suspendida por medio de una cinta o cable, sigue al flotador en su movimiento y mediante el cable y un juego de poleas arrastra el índice de un instrumento situado en la parte superior del tanque. Además, este instrumento puede tener interruptores de alarma y transmisor incorporados.

        El flotador y el tubo de guía, que están en contacto con el fluido que se está midiendo, se producen en una gran variedad de materiales, tomando en cuenta condiciones de resistencia a la corrosión y para soportar altas presiones o vacío.

        En tanques pequeños, el flotador puede adaptarse para actuar magnéticamente sobre un transmisor neumático o eléctrico dispuesto en el exterior del tanque que capta la variable de proceso, nivel, y la transmite a distancia hacia el instrumento indicador, permitiendo así un control de nivel. Una aplicación típica la constituye el control de nivel de una caldera de pequeña capacidad de producción de vapor.

        En el caso específico del transmisor neumático, convierten el movimiento del elemento de medición en una señal neumática que se transmite, como se dijo anteriormente, hacia el instrumento indicador.

        Los transmisores electrónicos consisten en su forma más sencilla, en una barra rígida apoyada en un punto sobre la cual actúan dos fuerzas en equilibrio, la fuerza ejercida por el elemento de medición y la fuerza electromagnética de una unidad magnética. 

Flotador Acoplado Hidráulicamente. 

        El flotador acoplado hidráulicamente actúa en su movimiento sobre un fuelle de tal modo, que varía la presión de un circuito hidráulico y señala a distancia, en el receptor, el nivel correspondiente. Permite distancias de transmisión de hasta 75 metros y puede

emplearse en tanques cerrados. Sin embargo, requiere una instalación y calibración  complicadas, y posee partes móviles en el interior del tanque.

        En general, los instrumentos de flotador tienen una precisión de ± 0.5 %. Además son adecuados en la medida de niveles en tanques abiertos y cerrados a presión o al vacío, y son independientes  del peso específico del líquido.

        Uno de los inconvenientes más frecuentes es que el flotador puede agarrotarse en el tubo guía por un eventual depósito de los sólidos o cristales que el líquido pueda contener y además, si el tubo guía es muy largo puede dañarse ante olas bruscas en la superficie del líquido o ante la caída violenta del líquido en el tanque.

3.4 INSTRUMENTO BASADOS EN LA PRESION HIDROSTATICAEstos instrumentos miden el nivel de un líquido aprovechando la presión hidrostática. Entre ellos, podemos mencionar el medidor manométrico, el medidor de tipo burbujeo y el medidor de presión diferencial. 

3.4.1. Medidor Manométrico.         El medidor manométrico consiste en un manómetro conectado directamente a la parte inferior del tanque, donde además pueden observarse varios accesorios como son una válvula de cierre para el mantenimiento del líquido, y un pote de decantación con una válvula de purga.        El manómetro mide la presión debida a la altura h que existe entre el nivel del tanque y el eje del instrumento. De este modo, el campo de medida del instrumento corresponderá a  0 - h · g · g  pascal,  donde h es la altura del líquido, g  su densidad en

kg/cm3 y g la aceleración de la gravedad (9.8 m/s2).

        Como las alturas son limitadas, el campo de medida es bastante pequeño, de modo que el manómetro utilizado tiene un elemento de medida del tipo fuelle, el cual es utilizado frecuentemente para la medición de presiones bajas.        Este instrumento sólo sirve para fluidos limpios ya que si el líquido es corrosivo, coagula o bien tiene sólidos en suspensión, el fuelle puede destruirse o bien bloquearse perdiendo su elasticidad. Por otro parte, la medida está limitada a tanques abiertos y el nivel viene influido por las variaciones de densidad del líquido.

Medidor Manométrico.

3.4.2. Medidor de Tipo B7urbujeo.        Los sistemas de burbujeo (o de purga continua) realizan la medición de nivel determinando la presión requerida para que un flujo constante de aire venza la presión hidrostática de un líquido. Al salir el aire, lo hace a manera de burbujeo, de ahí el nombre del sistema.        El medidor de tipo burbujeo es el más flexible y generalmente utilizado. Este instrumento coloca un tubo sumergido en el líquido, a través del cual se hace burbujear aire mediante un rotámetro con regulador de caudal incorporado, que permite mantener un caudal de aire constante a través del líquido, independientemente del nivel. Si no existiera, habría una gran diferencia en los caudales de aire necesarios desde el nivel mínimo al máximo, produciéndose un gasto de aire indebido. La tubería empleada suele ser de ½ pulgada con el extremo biselado para una fácil formación de las burbujas de aire.        Un rotámetro es un medidor de caudal de área variable, en los cuales un flotador cambia su posición dentro de un tubo, proporcionalmente al flujo del fluido.        Cuando las burbujas escapan del tubo, la presión del aire en el interior de la tubería, medido mediante un manómetro de fuelles, corresponde a la presión máxima ejercida por el líquido. Por lo tanto, si se mide la presión dentro del tubo, se obtiene la medición de nivel. De hecho, la ubicación o elevación del extremo del tubo de burbujas se convierte en el nivel de medición cero. Por ejemplo, si se sumerge un tubo de burbujas en un tanque a 3.66 metros de la superficie del agua, se indicará una profundidad de 3.66 metros.        Las velocidades de purga del tubo de burbujas son muy bajas. Mientras una

burbuja escape periódicamente el sistema estará funcionando debidamente. Una velocidad común de purga es de 0.5 pies cúbicos de aire libre por hora.        El  sistema también puede emplearse en tanques cerrados con dos juegos rotámetro-regulador y con las señales de aire conectadas a un transmisor de presión diferencial. Como es lógico, la presión del aire de purga debe ser superior a la presión interna del tanque.        Cabe destacar que no sólo se puede utilizar aire como fluido de purga, sino también otro tipo de gases e incluso líquido. De hecho, algunos sistemas de purga utilizan nitrógeno que es uno de los que más se usan a presión. Un cilindro estándar de 110 pies cúbicos de nitrógeno para bombas de aceite comerciales puede proporcionar suficiente gas a presión para asegurar el funcionamiento del tubo de burbujas durante más de tres semanas.        Además, el tubo debe tener una longitud adecuada para evitar que las variaciones bruscas del nivel introduzcan en su interior una cierta columna de líquido que retarde el paso del aire y falsee momentáneamente la lectura.             El método de burbujeo es simple y da buen resultado, en particular, en el caso de líquidos muy corrosivos o con sólidos en suspensión y en emulsiones. No es recomendable su empleo cuando el fluido de purga perjudica al líquido, tampoco para fluidos altamente viscosos donde las burbujas formadas del aire o del gas de purga presentan el riesgo de no separarse rápidamente del tubo. Desde el punto de vista de su mantenimiento, es muy útil situar una T con un tapón en la parte superior del tubo para su limpieza periódica. 

3.5 INSTRUMENTOS BASADOS EN EL DESPLAZAMIENTO        Estos instrumentos son aquellos que miden el nivel aprovechando el empuje producido por el propio líquido. Dentro de esta categoría estudiaremos los medidores de nivel de tipo desplazamiento.3.5.1 Medidor de nivel de Tipo Desplazamiento.        Este tipo de medidor de nivel (figura 2.10) consiste en un flotador parcialmente sumergido en el líquido y conectado mediante un brazo a un tubo de torsión unido rígidamente al tanque. Dentro del tubo y unido a su extremo libre se encuentra una varilla que transmite el movimiento de giro a un transmisor exterior al tanque.        El tubo de torsión se caracteriza fundamentalmente porque el ángulo de rotación de su extremo libre es directamente proporcional a la fuerza aplicada, es decir, al momento ejercido por el flotador. El movimiento angular del extremo libre del tubo de torsión es muy pequeño, del orden de los 9º. El tubo proporciona además un cierre hermético entre el flotador y el exterior del tanque donde se dispone el instrumento receptor del par transmitido.        Según el principio de Arquímides, el flotador sufre un empuje hacia arriba que viene dado por la fórmula  F = S H g g, en la que F es el empuje del líquido, S la

sección del flotador, H  la altura sumergida del flotador, g  la densidad del líquido y g, la aceleración de la gravedad.        El momento sobre la barra de torsión está dado por  M = (S H g g - P) l, donde l es el brazo del tubo de torsión y P el peso del flotador.        Tal como se puede ver en la expresión anterior, al aumentar el nivel, el líquido ejerce un empuje sobre el flotador igual al volumen de la parte sumergida multiplicada por la densidad del líquido, tendiendo a neutralizar su peso propio, así que el esfuerzo medido por el tubo de torsión será muy pequeño. Por el contrario, al bajar el nivel, una menor parte del flotador queda sumergida, de modo que la fuerza de empuje hacia arriba disminuye, resultando una mayor torsión.        El instrumento se puede utilizar también en la medida de interfase entre dos líquidos inmiscibles de distinta densidad, como por ejemplo agua y aceite. En este caso el flotador es de pequeño diámetro y de gran longitud, y está totalmente sumergido. El peso del volumen desplazado por el flotador, es decir, el empuje, se compone entonces de dos partes: el líquido más denso en la parte inferior y el menos denso en la parte superior, con una línea de separación (interfase) de la que depende el par de torsión proporcionado al transmisor exterior. En efecto, si x es la zona del flotador inmersa en el líquido de mayor densidad, l es la longitud total del flotador, y g1, g2  son las densidades de los líquidos, entonces el empuje hacia arriba estará dado por F = Sx * g1 *g +S(l - x) * g2 *g.        Claramente, este empuje depende del nivel relativo de separación de los dos líquidos y que la amplitud de medida está determinada por la diferencia entre las dos

densidades de los líquidos:  Fmax - Fmin = S l g1 g - S l g1 g= Sl (g1 - g2) g.

        Las dimensiones relativas del flotador, es decir, longitud y diámetro, dependerán de la amplitud de medida seleccionada.        El instrumento sirve también para medir la densidad del líquido y, en este caso, el flotador está totalmente sumergido. El campo de medida de densidades es bastante amplio, de 0.4 a 0.6.        Por otro lado, el cuerpo del medidor puede estar montado directamente en el tanque (montaje interno) o en un tubo vertical al lado del tanque (montaje exterior).        El movimiento del brazo de torsión puede transmitirse por medio de un eslabón a un transmisor neumático o electrónico de equilibrio de fuerzas, o digital, permitiendo en la conexión una compensación mecánica o digital para el peso específico del líquido. En la figura 2.10 se representa un esquema de funcionamiento.        La precisión es del orden de ± 0.5  % a ±  1 % y puede utilizarse en tanques abiertos y cerrados a presión o  a vacío, pero presenta el inconveniente del riesgo de depósito de sólidos o de crecimiento de cristales en el flotador que afectan a la precisión de la medida y es apto sólo para la medida de pequeñas diferencias de nivel, aproximadamente 2000 mm máximo. La medida del nivel de interfases requiere flotadores de gran volumen.

Medidor de Nivel de Desplazamiento.

4. MEDIDORES DE NIVEL DE SÓLIDOS.         En los procesos continuos, la industria ha exigido el desarrollo de instrumentos capaces de medir el nivel de sólidos en puntos fijos o de forma continua, en particular en los tanques o silos destinados a contener materias primas o productos finales.  4.1. DETECTORES DE NIVEL DE PUNTO FIJO.        Los medidores de nivel  de punto fijo proporcionan una medida en uno o varios puntos fijos determinados. Los sistemas más empleados son el diafragma, el cono suspendido, la varilla flexible, el medidor conductivo y las paletas rotativas. 4.1.1. Detector de Diafragma.        Para medir el nivel de materiales sólidos almacenados, por ejemplo en silos, se han ideado diversos métodos, entre ellos el detector de diafragma. Este instrumento de medición consiste en un diafragma con una membrana flexible que se dispone al costado de la pared del tanque y contiene en su interior un conjunto de palancas con contrapeso que se apoyan sobre un pequeño interruptor. Cuando el nivel del sólido alcanza el diafragma, el material lo fuerza venciendo el contrapeso y cerrando el interruptor. Este puede ser mecánico o de mercurio, puede accionar una alarma o puede actuar automáticamente sobre un transportador o maquinaria asociadas al depósito. Por otra parte, el material del diafragma puede ser de tela, goma, neopreno o fibra de vidrio y tiene una precisión de unos ± 50 mm y presenta ventajas de bajo costo, puede emplearse en tanques cerrados sometidos a baja presión o vacío gracias a una línea neumática que iguala presiones a ambos lados de la membrana y trabaja bien con materiales de muy diversa densidad. Tiene la desventaja de no admitir materiales granulares de tamaños superiores a unos 80 mm de diámetro.

Detector de Diafragma.

4.4.2. Cono Suspendido.        El cono suspendido consiste en un pequeño interruptor montado dentro de una caja impenetrable al polvo, con una cazoleta o pieza pequeña de goma de la que está suspendida una varilla que termina en un cono. Cuando el nivel de sólidos alcanza el cono, el interruptor es excitado. La cazoleta de goma permite una flexibilidad en la posición del cono gracias a la cual el aparato puede actuar como alarma de alto o bajo nivel. Conviene tener la precaución de proteger mecánicamente el instrumento cuando se manejan materiales pesados que, en su caída desde la boca de descarga del tanque podrían dañarlo.        El aparato es barato, necesita estar protegido como nivel de baja o en niveles intermedios y se utiliza sólo en tanques abiertos además, su precisión es de unos 50 mm. Sus aplicaciones típicas son la alarma y el control de nivel en carbón, granos y caliza. 

Cono Suspendido.

4.4.3 Varilla Flexible.        La varilla flexible consiste en una varilla de acero conectada a un diafragma de latón donde está contenido un interruptor. Cuando los sólidos presionan, aunque sólo sea ligeramente en la varilla, el interruptor se cierra y actúa sobre una alarma.        El conjunto de la unidad está sellado herméticamente pudiendo construirse a prueba de explosión. El aparato se emplea como alarma de alto nivel estando dispuesto en la parte superior del tanque. Para impedir que la simple caída del producto pueda causar una alarma infundada, éste incorpora un relé de retardo.        El instrumento se emplea en tanques abiertos como alarma de nivel alto, tiene una precisión de ± 25 mm, se utiliza para materiales tales como el carbón y puede trabajar hasta temperaturas máximas de 300 °C.

Varilla Flexible.

Medidor conductivo.         El medidor conductivo consiste en un electrodo dispuesto en el interior de unas placas puestas en conjunto y con el circuito eléctrico abierto. Cuando los sólidos alcanzan el aparato, se cierra el circuito y la pequeña corriente originada es amplificada actuando sobre un relé de alarma. Los sólidos deben poseer una conductividad eléctrica apreciable para poder excitar el circuito.        Este instrumento puede utilizarse en tanques abiertos y a presión, trabaja hasta temperaturas máximas de 300 °C, está limitado a materiales que tengan una

conductividad de 1 a 1.4 x 10-7 mho y sólo puede emplearse como alarma de nivel alto o niveles intermedios. Entre los materiales en los que se pueden emplear, figuran el carbón y el carbón activo.

Medidor conductivo

5. CAUDAL MASICOEl flujo másico es la velocidad a la que la masa de una sustancia pasa a través de una superficie dada. De manera similar, el flujo volumétrico es la velocidad a la que el volumen de un líquido pasa a través de una superficie dada. Estas medidas se utilizan ampliamente en la dinámica de fluidos, y con frecuencia es necesario convertir estas medidas de flujo. Nota que ambos líquidos y gases se consideran fluidos en el contexto de la dinámica de fluidos.

Caudal másico: Unidad, el kilogramo`por segundo, que es el caudal másico de una corriente uniforme tal que una sustancia de 1 kilogramo de masa atraviesa una sección determinada en 1 segundo.

Se lo puede calcular con la ec de Bernoulli:

P1 + rh1 + 1/2r v12 = P2 + rgh2 + 1/2r v2

2

Donde P1 es la presión de entrada P2 es la de salida, p es la densidad, g es la aceleración de la gravedad, h1 la altura donde se encuentra a la entrada. Ídem para la salida.

Ejemplo programado:Un depósito de agua está cerrado por encima con una placa deslizante de 12 m2 y 1200 kg de masa. El nivel del agua en el depósito es de 3,5 m de altura. Calcular la presión en el fondo. Si se abre un orificio circular de 5 cm de radio a medio metro por encima del fondo, calcúlese el volumen de agua que sale por segundo por este orificio. (Se considera que el área del orificio es muy pequeño frente al área del depósito).

Dato: la presión atmosférica es de 105 Pa ; g = 10 m/s2

Solución:Pº en el fondo (Pf) = Pº ATM + Pº ejercida por la placa + Pº de la columna de agua

PA = 105 Pa + (1200Kg 10m/s2)/12m2 = 1,01x105 Pa

Pº Fondo = 105Pa + (1200Kg 10m/s2)/12m2 + 1000Kg/m3 10m/s2*3,5

=1,36x10 5 PaYa = 3mYb = 0 mVa = 0 m/s agua = 1000 kg/m3

PB = 105 Pa

PA + ½ V12 + gy1 = PB + ½ V2

2 + gy2

1,01x105 Pa + 1000 Kg/m3 10 m/s2 3m = 105 Pa + ½ 1000 Kg/m3 Vb

Vb= 7,84 m/s

Ecuación de continuidad.La ecuación de continuidad o conservación de masa es una herramienta muy útil para el análisis de fluidos que fluyen a través de tubos o ductos con diámetro variable. En estos casos, la velocidad del flujo cambia debido a que el área transversal varía de una sección del ducto a otra.

Si se considera un fluido con un flujo estable a través de un volumen fijo como un tanque con una entrada y una salida, la razón con la cual el fluido entra en el volumen debe ser igual a la razón con la que el fluido sale del volumen para que se cumpla el principio fundamental de conservación de masa.

Según se muestra la figura

PA

PB

Presión en el fondo

Flujo en tuberías de distinto diámetro

Debido a que el flujo es estacionario entra al dispositivo por un ducto con área transversal A1, y velocidad V1, y sale de este por un segundo ducto, con área transversal A2 a una velocidad V2 . Luego se cumple que

A1V1 = A2 V2

Caudal (Q) es VA, por lo tanto siguiendo los principios de la ley de conservación de carga se tiene

Q = A V

donde las unidades son l/s; cm3/min; M3/h, etc.

Esta relación se denomina ecuación de continuidad.

CAUDAL MASICOPor caudal másico entendemos la masa que atraviesa una superficie por unidad de tiempo. Como la densidad de un fluido es:

ro = masa (M)/volumen (V)

Por lo tanto:M = ro·V

Si lo dividimos por el tiempo:M/t = ro·V/t

Es decir el caudal másico es igual a la densidad multiplicada por el caudal volumétrico:Qm = ro·Qv = ro·S·v. Si nos fijamos, por dos secciones iguales puede estar pasando un mismo caudal volumétrico, pero distinto caudal másico, ya que el fluido puede tener densidad distinta. Esto ocurre con los gases que su densidad varía con la presión de una manera importante.Pero en el caso del agua, la densidad, a las presiones que manejamos en una instalación hidráulica de extinción, prácticamente no varía y por tanto decimos que el agua es "incompresible". Por lo tanto podemos hablar de caudal volumétrico, ya que es más útil decir que por una manguera circulan 200 litros por minuto que decir que pasan 200 Kg. por minuto

En dinámica de fluidos, caudal es la cantidad de fluido que pasa por el rio en una unidad de tiempo. Normalmente se identifica con el flujo volumétrico o volumen que pasa por un área dada en la unidad de tiempo. Menos frecuentemente, se identifica con el flujo másico o masa que pasa por un área dada en la unidad de tiempo.

6. CAUDAL VOLUMÉTRICOSe define caudal de un fluido como la cantidad de éste, que está pasando pon un punto dado en un tiempo dado.Se hablará de caudal volumétrico C o simplemente caudal, cuando se trata del volumen que fluye y se especificará como caudal másico G cuando se tarte de la masa que fluye.

Según ambas definiciones, siendo V el volumen del fluído y m la masa, tendremos las siguientes expresiones matemáticas, con t como el tiempo:

Las unidades en que se mide normalmente el caudal son: m3/h; lt/seg; pie3/min; galones/min; etc. Las correspondientes de caudal másico son: ton/h; kg/seg; librs/min; etc.

Frecuentes resultan los problemas de llenado y vaciado de recipientes a través de válvulas o llaves que permiten un flujo dado de fluidos a través de ellas.

En general los flujos de alimentación o descarga por una válvula dada se consideran constantes.

En dinámica de fluidos, caudal es la cantidad de fluido que pasa en una unidad de tiempo. Normalmente se identifica con el flujo volumétrico o volumen que pasa por un área dada en la unidad de tiempo. Menos frecuentemente, se identifica con el flujo másico o masa que pasa por un área dada en la unidad de tiempo.El caudal volumétrico es el volumen que atraviesa una superficie por unidad de tiempo es igual a:

Esto significa que el caudal depende de la sección de la superficie que lo atraviesa y de

la velocidad. Así para una misma superficie, si el fluido va a mayor velocidad, será atravesado por un mayor caudal, y al revés para una misma velocidad cuando mayor es la superficie mayor es el caudal.Esta es la razón por la que si tenemos una manguera de 25 mm y otra de 45 mm, y las dos estan siendo atravesadas por el mismo caudal, la que tenga menor sección (25 mm) el agua estará circulando a mayor velocidad.Esto es importante pues la velocidad de circulación del agua en una conducción, y por lo tanto es caudal, esta relacionado con las perdidas de carga.

El caudal de un río puede calcularse a través de la siguiente fórmula:

Q = A*v

dondeQ Caudal ([L3T−1]; m3/s)A Es el área ([L2]; m2)v Es la velocidad lineal promedio. ([LT−1]; m/s)

Dada una sección de área A atravesada por un fluido con velocidad uniforme v, si esta velocidad forma con la perpendicular a la superficie A un ángulo θ, entonces el flujo se calcula como

j= A*v*cosq

En el caso particular de que el flujo sea perpendicular al área A (por tanto θ = 0 y cosq®1 entonces el flujo vale

j= A*vSi la velocidad del fluido no es uniforme o si el área no es plana, el flujo debe calcularse por medio de una integral:

j = òòS v*dS

donde dS es el vector superficie, que se define como

dS = n*dA

donde n es el vector unitario normal a la superficie y dA un elemento diferencial de área.Si se tiene una superficie S que encierra un volumen V, el teorema de la divergencia establece que el flujo a través de la superficie es la integral de la divergencia de la velocidad v en ese volumen:

òòS v*dS = òòòVÑ*vdV

En física e ingeniería, caudal es la cantidad de fluido que circula por unidad de tiempo en determinado sistema o elemento. Se expresa en la unidad de volumen dividida por la unidad de tiempo (e.g.: m³/s).En el caso de cuencas de ríos o arroyos, los caudales generalmente se expresan en metros cúbicos por segundo o miles de metros cúbicos por segundo. Son variables en tiempo y en el espacio y esta evolución se puede representar con los denominados hidrogramas.

Ejemplo 2:

Una manguera de agua de 2 cm de diámetro es utilizada para llenar una cubeta de 20 litros. Si se tarda 1 minuto para llenar la cubeta, ¿ Cuál es la velocidad V a la cual el agua sale de la manguera?Datos:Diametro f = 0,02 mVolumen = 20 lts * (1000cm3/1lts)(1m/100cm)3 = 0,02 m3

Tiempo = 1 min = 60 seg

Solucion: Q = A*V Q = 0,02m3/60seg = 3,33*10-4 m3/segA = p*(0,02m/2)2 = 3,14x10-3 m2

V = velocidad = Q/A = (3,33*10-4 m3/seg )/(3,14x10-3 m2)V = 0,106 m/s