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Medidores de Caudal Un caudalímetro es un instrumento de medida para la medición de caudal o gasto volumétrico de un fluido o para la medición del gasto másico. Estos aparatos suelen colocarse en línea con la tubería que transporta el fluido. También suelen llamarse medidores de caudal, medidores de flujo o flujómetros. Se conoce como caudal, a la cantidad de fluido que circula a través de una sección de un ducto, ya sea tubería, cañería, oleoducto, río, canal, por unidad de tiempo. El caudal se identifica con el flujo volumétrico o volumen que pasa por un área determinada en una unidad de tiempo específica.

Dentro de los medidores encontrados, se pueden clasificar de diferentes formas:

Medidores de presión diferencial   

Placa orificio Tubo Venturi Tubo Pitot

Por principio de fuerza  

Medidores de impacto Medidor electromagnético

Medidores de velocidad    

Medidor de turbina Medidor Vortex Rotámetro Medidor de ultrasonidos

Medidores másicos  

Medidor másico térmico Medidor de Coriolis

Medidores volumétricos 

Medidor de desplazamiento positivo

Medidores de presión diferencial

Placa orificio 

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Es un dispositivo que permite medir el caudal de un fluido que pasa por una tubería. Consta de un disco con un orificio en el centro de este que se coloca perpendicular a la tubería. Es una placa con un orificio (generalmente afilado aguas arriba y biselado aguas abajo).

El funcionamiento de una placa de orificio 

se basa en el efecto Venturi. Este consiste en un fenómeno que hace disminuir la presión de un fluido que atraviesa una tubería, y este aumenta su velocidad debido a una disminución del diámetro de la tubería.

Aplicaciones de una placa de orificio Al ser un elemento de medición de caudal, la placa de orificio tiene miles de aplicaciones y la mayoría son industriales.      

Industrias químicas Tratamiento y distribución del agua y gas Aceiteras Industrias de bebidas Calderas En procesos productivos donde es necesario conocer el caudal de un fluido

Características de una placa orificio   

Puede soportar temperaturas de hasta 800ºC Puede trabajar con fluidos a presiones de hasta 400 Bar Tiene una exactitud de un 0.5% de la medición del caudal

Tubo Venturi 

consiste en un estrechamiento gradual cónico y una descarga con salida también suave.

Funcionamiento

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El efecto Venturi consiste en un fenómeno en el que un fluido en movimiento dentro de un conducto cerrado disminuye su presión cuando aumenta la velocidad al pasar por una zona de sección menor.

Aplicación  

Se utiliza cuando es importante limitar la caída de presión. Se usa para fluidos sucios y ligeramente contaminados.

Características del tubo Venturi 

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Permite la medición de caudales 60% superiores a los de placa orificio en las mismas condiciones de servicio con una pérdida de carga del 10% al 20% de la presión diferencial. Posee gran precisión y permite el paso de fluidos con sólidos abrasivos.

Tubo Pitot 

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Consiste en un tubo de pequeño diámetro que se opone al flujo. Midiendo la presión total del punto. Si medimos la presión estática con otro tubo, podemos calcular la velocidad como función de la diferencia de presiones. Miden una diferencial depresión entre la presión dinámica menos la presión estática.

Aplicaciones    

en aviones y carro de carrera para la medición de aire se utilizan en tuberías de gran diámetro con fluidos limpios, principalmente gases y vapores. su precisión depende de la distribución de las velocidades y generan presiones diferenciales muy bajas que resultan difíciles de medir.

Características.     

el tubo Pitot es un medidor de flujo. son instrumentos sencillos, económicos y disponibles en un amplio margen de tamaños. es uno de los medidores más exactos para medir la velocidad de un fluido dentro de una tubería. su instalación simplemente consiste en un simple proceso de ponerlo en un pequeño agujero taladrado en la tubería. el tubo Pitot tiene sección circular y generalmente doblado en L.

Tobera 

La tobera consiste en una entrada de forma cónica y restringida mientras que la salida es una expansión abrupta. En este medidor al igual que en el diafragma, se dispone de una toma de presión anterior y otra posterior, de manera que se puede medir la presión diferencial.

Aplicación

 Estos instrumentos se utilizan en aplicaciones donde el fluido trae consigo sólidos en suspensión, aunque si estos son abrasivos pueden afectar la precisión del instrumento Características.   

Este tipo de sensor de flujo permite flujos hasta 60% superiores a los de la placa orificio. siendo la caída de presión del orden del 30 a 80% de la presión diferencial medida. se utilizan en tuberías sobre los 15 cm de radio.

Por principio de fuerza Medidores de impacto 

consiste en una placa instalada directamente en el centro de la tubería y sometida al empuje o fuerza de impacto del fluido.

Funcionamiento 

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La placa está conectada a un transmisor neumático o a un transductor eléctrico de galgas extensiométricas. se encuentra al final de la barra de soporte y mediante la ecuación de Bernoulli se calcula la velocidad y el caudal. La fuerza originada es proporcional a la energía cinética del fluido y depende del área anular entre las paredes de la tubería y las paredes de la placa.

Aplicaciones Como elemento primario de control se utiliza para medir el caudal de un determinado fluido, el cual puede ser líquido o parcialmente líquido, corrosivo, estar sometido a altas temperaturas, entre otros. Características 

No es de alta precisión (0.5%-5%)

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El tamaño de las tuberías se limita hasta 100 mm. No se ven afectados por la corrosión, la abrasión o las altas temperaturas. No precisan conexiones para la medida de la presión diferencial. Son adecuados para la medición de fluidos de alta viscosidad, fluidos con pequeñas cantidades sólidos en suspensión, y fluidos sucios o contaminados. Su instalación es sencilla y está conectada directamente a la tubería por donde pasa el fluido. Pueden dar indicación directa del flujo por la fuerza ejercida, la cual puede ser mecánica o electrónica.

Medidor electromagnético. 

Es un medidor volumétrico, este no posee piezas móviles, son insensible a las propiedades de los fluidos, su limitación radica en que el fluido debe ser eléctricamente conductor y no magnético.

Funcionamiento 

Está basado en la ley de Faraday la cual establece que la tensión inducida de un conductor que se mueve perpendicularmente a través de un campo magnético es proporcional a la velocidad de dicho conductor representado por el líquido. Debido a la proporcionalidad entre la velocidad del fluido y la Fem inducida podemos medir el caudal.

Aplicaciones      

ideal en aplicaciones para monitoreo. control de caudal de agua. aguas residuales. aplicaciones industriales de proceso químico de alimentos y bebidas. farmacia pasta de papel, la minería, la industria del automóvil y químicas.

Características         

Exactitud: ± 0,5% de la escala. Rango de temperatura: -60° a 200° °C. Los requerimientos de potencia son bajos. Se pueden utilizar bidireccionalmente. Trabajan solo con fluidos conductores. Son relativamente pesados, especialmente en tamaños grandes. Se requiere un cuidado especial en la instalación eléctrica. Son afectados por el campo magnético generado por motores y otros equipos. Alto costo.

Medidores de velocidad

Medidor de turbina 

Este medidor consiste de un rotor con alabes, semejante a una turbina, que se instala en el centro de la tubería y gira con una velocidad angular que es directamente proporcional al flujo.

Funcionamiento 

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La velocidad del fluido ejerce una fuerza de arrastre en el rotor; la diferencia de presión debida al cambio de área entre el rotor y el cono posterior ejerce una fuerza igual y opuesta, de modo que el rotor está equilibrado hidrodinámicamente. Para medir la velocidad de la turbina utilizan principalmente convertidores electromagnéticos, existen dos tipos, el de reluctancia y el tipo inductivo.

Aplicaciones     

En instalaciones de gestión de aguas, en la industria de procesos. en el sector farmacéutico y en la industria alimentaria. Estos caudalímetros permiten medir muchos fluidos acuosos: agua, aguas residuales, lodos, pulpas, pastas, ácidos, álcalis, zumos, purés de frutas, entre otros.

Características       

precisión elevada cuando se colocan en una tubería recta. adecuado para líquidos limpios y filtrados. Rangos de flujo de 10:1. operación bajo condiciones severas. Alta confiabilidad. Pueden dañarse por sobre velocidades y gasificación. Relativamente caros.

Medidor Vortex 

son un tipo de sensor de flujo que mide la frecuencia de los vértices a través de un dispositivo de farol ubicado en el caudal del flujo. En el área del dispositivo del farol la frecuencia del vértice es una proporción de la velocidad del flujo.

Funcionamiento. 

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Mide la velocidad del líquido con un principio de funcionamiento que se denomina efecto Von Kármán, mediante el cual se afirma que cuando el caudal pasa por un cuerpo escarpado, se genera un patrón repetitivo de vórtices en remolino. Este principio de medición se basa en el hecho de que corriente abajo de un obstáculo se forman vórtices (vórtices) en el fluido, tanto en una tubería cerrada como en un canal abierto.

Aplicaciones 

Los caudalímetros vortex se emplean en numerosos ámbitos de la industria para medir caudales volumétricos de vapor, líquidos y gases.

Características     

son utilizados para medir el flujo de líquidos y/o gases Precisión: ±0.5% o ±1.0% Tamaño de tubería compatible: 15mm ~ 500mm Consumo de energía muy bajo, lo que permite su uso en áreas remotas. pueden soportar presiones y temperaturas altas de procesos.

Rotámetro 

Este consiste en un flotador cilíndrico, más denso que el fluido, colocado dentro de un tubo cónico vertical con el área menor abajo y el área mayor arriba. Al pasar el flujo de abajo hacia arriba levanta el flotador con lo cual la posición de este será proporcional al flujo.

Funcionamiento 

La operación del rotámetro se basa en el principio de área variable: El flujo de fluido eleva el flotador en un tubo ahusado, lo que aumenta el área para

el paso del fluido. Cuanto mayor es el flujo, más alto se eleva el flotador. La altura del flotador es directamente proporcional al caudal. Aplicación 

Por su bajo costo estos dispositivos se hallan entre los caudalímetros más empleados en la industria, su principio de funcionamiento es adecuado para medir caudales de volúmenes mínimos.

Características      

Las tuberías son de pequeño diámetro (entre 3/8" y 3/4"). La presión del fluido no es excesiva (máx. alrededor de 550 psi). El fluido no es muy oscuro u opaco que dificulte la visión del flotador. El fluido fluye libremente a temperatura ordinaria. La capacidad no es excesiva. Temperaturas está entre 33 a 250 °F.

Medidor de ultrasonidos 

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Los medidores de flujo ultrasónicos miden la velocidad del flujo por la diferencia de velocidad del sonido, al propagarse éste en el sentido del flujo y en sentido contrario. Es un medidor de flujo volumétrico que requiere partículas o burbujas en el flujo.

Funcionamiento 

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en este tipo de medidor se introduce una onda sónica en la trayectoria del fluido de tal forma que dicha onda viaje alternativamente en el sentido del flujo en una dirección y se refleje en el sentido contrario a la dirección del flujo. La diferencia de tiempo de ir y venir de la onda es proporcional a la rata de flujo, debido a que la onda de sonido es frenada cuando viaja contra el flujo y acelerada cuando viaja en la dirección de éste. Dicho de otra forma, la frecuencia de los pulsos sónicos viajando aguas abajo es mayor que la frecuencia de pulsos sónicos viajando aguas arriba, la diferencia entre las dos frecuencias es función directa de la velocidad del flujo y es independiente de la velocidad del sonido.

Aplicaciones 

son ideales para aplicaciones de aguas residuales o cualquier líquido sucio que sea conductivo o a base de agua.

Características

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Exactitud: La exactitud usualmente se expresa como un porcentaje del flujo. Típicamente, ésta es de 1 a 2,5% del flujo dependiendo del fabricante, la velocidad y el tamaño de tubería. Renovabilidad de 20:1. Repetibilidad: Usualmente se expresa como un porcentaje del flujo, típicamente ésta es mejor de 0,5 % dependiendo del rango de velocidad y del fabricante. Salida: La salida es usualmente en corriente de 4 a 20 mA. En forma opcional, se puede obtener en voltaje, tren de pulsos u otro tipo de salida digital, dependiendo del fabricante. Dirección del flujo: Estos medidores son bidireccionales, es decir, pueden medir el flujo en las dos direcciones. Los medidores de flujo ultrasónicos en general no funcionan con agua destilada o agua potable. Se requerirán aireaciones en las aplicaciones de líquidos limpios. Los medidores de flujo ultrasónicos también son ideales para aplicaciones en las que se requiere una baja caída de presión, compatibilidad.

Medidores másicos

Medidor másico térmico 

Los medidores de caudal másicos están diseñados para medir directamente el caudal del fluido en unidades de masa, como por ejemplo Kg/h, en lugar de medir el caudal en volumen, como m3/h.

Funcionamiento 

estos están disponibles en dos diseños: tubo de muestra calentado y sonda insertada. Ambos obtienen masa a partir de la capacidad de calor específica del fluido (lo que anula las variaciones de densidad), entonces esta propiedad debe ser conocida. Los caudalímetros másicos térmicos son ideales para bajas tasas de flujo de gas.

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En un medidor de flujo másico con tubo de muestra calentado, algunos o todos los flujos pasan a través de un tubo de alta precisión. Se aplica calor al tubo y el cambio de temperatura se mide. La diferencia de temperatura entre los dos puntos indica la cantidad de energía que el fluido ha absorbido, lo que depende de la masa en movimiento a través del tubo. Los caudalímetros másicos con sonda insertada utilizan el mismo principio, pero con dos sondas RTD posicionadas en el flujo. El sensor superior mide

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la temperatura del fluido, mientras que el segundo se calienta a una temperatura superior a la del primero sensor. El calor se transfiere desde el segundo sensor al fluido a una tasa correspondiente a la tasa de flujo másico. Aplicaciones Medidores de flujo másicos térmicos funcionan con líquidos y gases. Se utilizan ampliamente para:    

Medición de gas en procesos de semiconductores Monitoreo del aire en instalaciones de energía nuclear Procesamiento químico Detección de fugas y filtro

Características            

Se pueden utilizar para medir flujo en un rango de 0.12 a 12 lts/min y con un rango de velocidad de 0.08 a 61 m/seg. los instrumentos tipo cuerpo completo se requieren un tramo recto mínimo aguas arriba de 10 m y no requiere tramo recto aguas abajo. Exactitud: ± 0,5% FS. Temperatura: std -40°C…93°C / versiones hasta 400°C. Presión: Max 35 bar / versiones hasta 70 bar Amplia rangeabilidad. Lectura directa en caudal de masa. Reducidos costes de mantenimiento. Alto costo. Alta pérdida de carga Límite de utilización en altas temperaturas. Da problemas en tuberías de gran tamaño.

Medidor de Coriolis 

Es el Medidor más Exacto para medir por Masa. Utiliza el Efecto Coriolis, por lo tanto es ideal para procesos delicados de Batcheo por Peso, o para Facturar Líquidos o Gases de alto precio que se venden por Kg.

Funcionamiento 

Los medidores de flujo másico Coriolis miden la masa a través de inercia. El gas denso o líquido fluye a través de un tubo que se hace vibrar por un pequeño actuador. Esta aceleración produce una fuerza de torsión medible en el tubo que es proporcional a la masa. La tasa de flujo de masa se indica sin necesidad de conocer el fluido que fluye en el interior. Los más

sofisticados caudalímetros de Coriolis emplean tubos dobles curvados para ofrecer una mayor sensibilidad y una menor caída de presión. Aplicaciones    

Procesamiento de pulpa y papel Petróleo y aceite Procesamiento químico Manejo de Aguas Residuales

Características su exactitud es independiente de Viscosidad, Temperatura y Densidad.     

Emite pulsos para medir Masa. Rango: 1,5 Kg/h a 700.000 Kg/h Exactitud: 0,2% del valor leído. Apto Intemperie NEMA4 y Zona Ex Requiere Indicador.

Medidores volumétricos    

Dentro del área de los medidores volumétricos (generalmente de fluidos como agua, aceite, etc.), se observa que son clasificados en micromedidores y macromedidores, cuya clasificación depende del caudal que manejan, observamos que los micromedidores son los que manejan diámetros de alimentación y descarga en un rango de 0.5 − 1.0 in. los macromedidores son los que vienen diseñados para manejar caudales mayores a los que proporcionan este diámetro.

Características     

Legibilidad: Los 8 rodillos numerados permiten una lectura fácil. La unidad de registro orientable a 350° de transmisión magnética. está protegido por una caja herméticamente sellada y contiene una cápsula higroscópica. Su aptitud a funcionar en todas las posiciones. permite una lectura fácil cualquiera que sean las condiciones de utilización.

Medidor de desplazamiento positivo 

Los medidores de desplazamiento positivo operan atrapando un volumen unitario y conocido de líquido, desplazándolo desde la entrada hasta la

salida, y contando el número de volúmenes desplazados en un tiempo determinado.

Funcionamiento 

Miden la cantidad de fluido que circula por un conducto, dividiendo el flujo en volúmenes separados y sumando los volúmenes que pasan a través del medidor.

Aplicaciones      

Agricultura Aviación Gas LP Combustibles refinados Productos químicos industriales Combustibles alternativos

Características      

Alto nivel de precisión (un 0,5% como estándar); mayor nivel de precisión disponible a pedido Capacidad de procesar una gran variedad de viscosidades de fluido <1 cP – >500000 cP Bajo mantenimiento Altas capacidades de presión Disponibles versiones electrónica y mecánica Disponibilidad de piezas de reposición

Disco Oscilante. 

El instrumento dispone de una cámara circular con un disco plano móvil dotado de 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.

Funcionamiento 

Cuando pasa el fluido, el disco toma un movimiento parecido al de un trompo caído, 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. Este movimiento de bamboleo se transmite mediante una bola y el eje del disco a un tren de engranajes. El

par disponible es pequeño, lo que pone un límite en la utilización de accesorios mecánicos

Aplicaciones 

Empleado originalmente en aplicaciones domésticas para agua, se utiliza industrialmente en la medición de caudales de agua fría, agua caliente, aceite y líquidos alimenticios.

Características    

La exactitud es del ± 1% al ± 5%. La presión máxima es de 100 bar y el caudal máximo es de 600 l/min. La rangoabilidad es de 10:1 y se fabrica para pequeños tamaños de tubería. Como los compartimientos independientes de la cámara de medición se llenan y vacían en forma sucesiva, el flujo de salida es suave y continuo, sin pulsaciones.

Pistón Oscilante 

El instrumento se compone de una cámara de medida cilíndrica con una placa divisora (tabique) que separa los orificios de entrada y de salida. La única parte móvil es un pistón cilíndrico que oscila suavemente entre las dos caras planas de la cámara en un movimiento circular, y está provisto de una ranura que se desliza en la placa divisora fija y que hace de guía del movimiento oscilante.

Funcionamiento 

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 y transmitir mediante un transmisor de impulsos.

Aplicaciones     

Procesamiento sanitario de alimentos Lácteos Procesamiento Control de inventario Químicos

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Industria manufacturera

Características   

La exactitud normal es del ± 1%, pudiéndose llegar al ± 0,2% con pistón metálico y ± 0,5% con pistón sintético. Rangoabilidad de 10:1. Se fabrican para tamaños de tubería de hasta 3" con caudales máximos de 1200 l/min y presiones máximas de 20 bar. Temperatura de trabajo: 120º C o más según el diseño.

Pistón alternativo. Este tipo de instrumento es el más antiguo de los medidores de desplazamiento positivo. Se fábrica de muchas formas: pistón simple efecto o doble efecto, válvulas rotativas o válvulas deslizantes horizontales, su fabricación depende de la manera en la cual se vaya a instalar el instrumento. Aplicaciones   

En la industria petroquímica: barcos cisternas (crudos), contadores de aceite. Contadores de carburante en surtidores de gasolina. Contadores de gas para sistemas y aplicaciones domésticas.

Características precisión: ±0.2 presión máxima: a • caudal máximo: peque petroquímica

o • son difíciles de reparar • industria

conclusión Tener en cuenta que los Medidores de Flujos son dispositivos, el cual pueden ser utilizado en muchas aplicaciones tecnológicas y aplicaciones de la vida diaria, en donde conociendo su funcionamiento y su principio de operación se puede entender de una manera más clara la forma en que este nos puede ayudar para solventar o solucionar problemas o situaciones con las cuales son comunes. Los medidores de caudal nos ayudan a controlar y mantener especificaciones de operación en un proceso. Debemos reconocer que con la ayuda de un medidor de flujo se pueden diseñar equipos para aplicaciones específicas o hacerles mejoras a equipos ya construidos y que estén siendo utilizados por empresas, en donde se desee mejorar su capacidad de trabajo utilizando menos consumo de energía, menos espacio físico y en general muchos aspectos que le puedan disminuir pérdidas o gastos excesivos a la empresa en donde estos sean necesarios.