Hojas de divulgación técnica
OPS OMS

HDT 28: DESARROLLO DE TECNOLOGIA
CONSTRUCCION DE MEDIDORES PRIMARIOS TIPO PITOT MODIFICADO

Por: Ing. Francisco Javier Rodríguez Avila*
Agosto de 1985

1. Introducción

La construcción de medidores primarios de presión diferencial con el principio de funcionamiento del tubo pitot se puede efectuar con facilidad y economía con el uso de tubos promediadores (pilot modificado).

La construcción de estos equipos permite instrumentar estaciones de medición de caudales a bajo costo y, principalmente, desarrollar tecnología propia.

2. Generalidades

El medidor primario tipo pitot modificado está compuesto básicamente de dos tubos, uno de los cuales capta la carga de impacto o alta presión (suma de la carga dinámica y carga de presión) y el otro tubo capta la carga de presión o baja presión. De la diferencia entre la carga de impacto y la carga de presión se obtiene la carga dinámica, la cual es proporcional al cuadrado de la velocidad del flujo en movimiento. La correlación de la carga dinámica con la velocidad del fluido para determinar el caudal está definido por.

V = velocidad de media del caudal en m/seg
Q = caudal en m3/seg
C = constante de calibración del elemento primario
A = área de la sección de control en m2
g = aceleración de la gravedad en m/seg2
h = carga dinámica o diferencial de presión en m
k = producto de las constantes.
________________________________

* El Ing. Civil Francisco J. Rodríguez Avila es Jefe de la Unidad Departamental de la Dirección General de Construcción y Operación Hidráulica (DGCOH), Departamento del Distrito Federal (DDF), de México. Del 20-31 de mayo, becario OPS, y del 1ro. de junio al 2 de agosto de 1985 efectuó una residencia en CEPIS como becario OPS y como participante del Programa de Profesionales Jóvenes del CEPIS.

La ecuación es aplicable a flujos no comprensibles y con las siguientes condiciones:

a. El conducto debe trabajar a presión (tubo lleno)
b. El diámetros de la tubería y la presión del fluido deben ser tendidos con precisión.

3. Pitots mofificados

De los diseños que se han desarrollados para medir la presión dinámica o presión diferencial, con el principio de funcionamiento del tubos pitot, se describen los cuatros siguientes:

3.1 Pitot modificado tipo A

Este medidor consta de dos tubos, uno con cuatros perforaciones aguas arriba y cerrado en el extremo inferior capta el promedio de la carga de impacto (alta presión), y el otro tubo de menor diámetros aguas abajo capta la carga de presión (baja presión). Los dos tubos atraviesan y se sueldan a un tramo de barra circular de 1" 0 con rosca cónica en la parte inferior, formando así el elemento primario. En los tubos que sobresalen de la barra circular se instalan los accesorios necesarios para conectar las señales hidráulicas de impactos y presión al elemento secundario.

3.2 Pitot modificado tipo B

Este medidor consta de dos tubos de diámetro pequeño el de alta presión y el de baja presión ambos colocados en el interior de un tubo de 7/8" 0 cerrado en el extremo inferior y con cuatro perforaciones aguas arriba para captar el promedio de la carga de impacto, promedio que a su vez es transmitido hidráulicamente al tubo de alta presión; la presión estática se captan directamente aguas abajo por el tubo de bajan presión. Al tubo de 7/8" 0 se le suelda en la parte superior una tuerca de rosca cónica externa de 1" 0, integrando así el elemento primario. La parte superior del tubo principal se sella, dejando dos perforaciones para que pasen los tubos de alta y baja presión, a los cuales se les instalan los accesorios necesarios para conectarlos al elemento secundario.

3.3 Pitot modificado tipo C

El elemento primario está formado por un tubo de 7/8" 0 cerrado en la parte inferior, con la característica de estar dividido longitudinalmente por unan placa. Para la construcción de este medidor se corta longitudinalmente el tubo a la mitad, posteriormente se sueldan las dos partes con la placa entre ellas. Cada medio tubo tiene cuatro perforaciones, tanto para captar el promedio de la carga de impacto aguas arriba, como para captar la carga de presión aguas abajo, esto es con el fin de poder detectar el movimiento del agua en ambos sentidos. Es decir, cuando se invierte el sentido del flujo, la carga de presión cambia al promedio de la carga de impacto y a la inversa sin ningún problema, puesto que en ambos lados del tubo se tienen cuatro perforaciones para que el medidor funcione indistintamente al sentido del flujo. l tubo de 7/8" 0 se le suelda en la parte superior una tuerca de rosca cónica externa de 1" 0, integrando así el elemento primario. El extremo superior del tubo se sella, dejando dos perforaciones con el fin de instalar dos tubos de diámetro pequeño y los accesorios requeridos para las conexiones de alta y baja presión al elemento secundario.

3.4 Pitot modificado tipo D

El medidor se construye con dos tubos de 3/8" 0 cerrados en el extremo inferior y unidos por láminas laterales soldadas a los mismos con el fin de darle rigidez al elemento primario. Cada tubo tiene cuatro perforaciones, tanto para captar el promedio de la carga de impacto aguas arriba, como para captar la carga de presión aguas abajo. Los dos tubos tienen la misma distribución en las perforaciones para detectar el movimiento del agua en ambos sentidos. Es decir, cuando se invierte el sentido del flujo, la carga de presión cambia al promedio de la carga de impacto y a la inversa, puesto que ambos tipos funcionan indistintamente al sentido del flujo. Los dos tubos atraviesan y se sueldan a un tramo de barra circular de 1" 0 con rosca cónica en la parte inferior, las láminas laterales que unen los tubos se cortan y sueldan en la parte inferior de la barra circular, formando así el elemento primario. En los tubos que sobresalen de la barra circular se instalan los accesorios necesarios para conectar las señales hidráulicas de impacto y presión al elemento secundario.

4. Instalación

Para instalar el elemento primario a la tubería de conducción se procede de la siguiente forma:

a. Si la tubería es de fierro, se suelda una placa metálica en la superficie de la tubería donde se instalará el medidor con el fin de fijar adecuadamente el elemento primario.

b. Se hace cuerda de 1" 0 en el punto donde se instalará el medidor.

c. Se enrosca directamente el elemento primario a la tubería de conducción.

Otra forma de fijar el elemento primario es por medio de un cople con cuerda interna de 1" 0 soldado a la tubería y en el cual se enrosca el elemento primario.

Si la tubería es de asbesto-cemento, la instalación del medidor primario se debe efectuar con una abrazadera de dimensiones adecuadas.

Se tienen otros medios para fijar el medidor, como el bridado.

Para velocidades altas se debe diseñar en el extremo inferior del medidor un soporte para fijar este extremo.

Se recomienda calibrar el medidor directamente en el sitio de instalación por medio de pitometría, para lo cual se coloca un tubo pitot aguas arriba o aguas abajo del medidor primario a calibrar y se calculan caudales por pitometría desde Q = O hasta Q máximo; conocidos los caudales, y los diferenciales de presión correspondientes (estos últimos del medidor a calibrar), se obtiene la constante K de calibración del medidor por el método de mínimos cuadrados, donde

 

Los medidores primarios que captan el caudal indistintamente al sentido del flujo, se deben calibrar en los dos sentidos del escurrimiento, ya que puede variar la constante en cada caso.

5. Distribución de orificios de Impacto y Carga de Presión

La posición de los orificios de impacto para los pitots modificados descritos, y con el fin de obtener la velocidad promedio del caudal de acuerdo a una distribución de velocidades esperada, se localiza usando las distancias mostradas en la figura de la página siguiente. El orificio correspondiente a la carga de presión está aguas abajo del flujo y al centro de la tubería de conducción.

6. Ventajas del medidor

Las ventajas del uso y construcción del elemento primario tipo pitot modificado son:

a. Desarrollo de un medidor primario con tecnología propia
b. Económico y práctico
c. Instalación y calibración sencilla
d. Bajo mantenimiento
e. Precisión aceptable.

7. Recomendaciones

Las recomendaciones en la construcción e instalación del medidor son:

  1. Instalar el elemento primario perpendicular y centrado a la tubería de conducción.
  2. Alinear el eje de los orificios de impacto perpendiculares al sentido del flujo.
  3. Que el diámetro de los tubos promediadores no sea excesivo respecto al diámetro de la tubería de conducción.
  4. Que el orificio de impacto cercano a la superficie de la tubería de conducción por donde se introduce el medidor, no está obstruido por la misma tubería.
  5. Evitar irregularidades en el acabado superficial del medidor y de los orificios, que puedan ocasionar alteraciones en la medición.
  6. La colocación del medidor por medio de cuerda cónica es para que tenga un tope al enroscarlo al conducto.
  7. Se recomienda el acero inoxidable en la construcción de los elementos primarios para evitar la corrosión.
  8. Verificar que la velocidad y presión del flujo produzcan mínimo un diferencial de presión de 5" de columna de agua para que se pueda captar la señal hidráulica sin dificultad por el elemento secundario.
  9. Tener especial cuidado de la distancia del medidor primario entre la cuerda cónica para instalar el medidor y el tope inferior, para que no sea corto o grande el medidor a la tubería de conducción; es conveniente dejar un espacio de 1/8" 0 entre el extremo inferior del medidor y la pared del conducto

8. Elemento secundario

Los elementos secundarios que se pueden utilizar son todos aquellos que Forman la presión diferencial tipo U, registrador Dri-flo, etc.

9. Bibliografía