El arte de medir caudal

por el 30 de noviembre del 2021 en Detección Blog

 

La medición de caudal es una de las variables más controladas en multitud de procesos industriales. Un gran número de industrias requieren del valor de esta variable como por ejemplo en las industrias alimenticia, química, depuración de aguas, calderas y refrigeración, dosificación, etc.

Sin embargo, existen multitud de tecnologías capaces de realizar mediciones de caudal de líquidos o gases, por lo que es importante conocer cada una de ellas y conocer que tecnología es la más adecuada según cada aplicación.

Endress+Hauser dispone de todas las tecnologías necesarias para realizar la medición de caudal más precisa en todas las aplicaciones, además de disponer de una amplia oferta en comunicación para sus caudalímetros y certificaciones higiénicas, atmosfera explosiva, rugosidad: EHEDG/3A, ATEX, etc.

Caudalímetros Electromagnéticos

Los caudalímetros electromagnéticos de Endress+Hauser están principalmente destinados a la medición de líquidos cuya conductividad eléctrica se encuentre por encima de 5 μS/cm contengan o no materia sólida, como es por ejemplo el caso de aguas residuales, lodo, suspensiones acuosas, zumos, etc.

El principio de funcionamiento de estos equipos está basado en la ley de Faraday. Teniendo en cuenta dicha ley podemos decir que un conductor en movimiento a través de un campo magnético puede crear una tensión eléctrica inducida entre dos electrodos de medición. Además, esta tensión inducida será directamente proporcional a la velocidad con la que se mueve dicho conductor a través del campo magnético.

Si consideramos que el conductor en nuestro caso es un líquido conductivo, podemos decir que la velocidad del flujo es proporcional a la tensión inducida. Conocida dicha velocidad del flujo y la sección de paso podemos considerar el caudal volumétrico.

Una de las principales ventajas de este tipo de caudalímetros es que no producen apenas perdida de carga.

Caudalímetros másicos Coriolis

Los caudalímetros Coriolis pueden utilizarse tanto para la medición de líquidos como gases según su versión. La principal ventaja es que no requieren que el producto sea conductivo y además proporcionan una medición directa de caudal másico en lugar de volumétrico.

Los caudalímetros por efecto Coriolis están formados por uno o dos tubos de medición los cuales se someten a unas oscilaciones generadas por el propio caudalímetro, de tal manera que cuando un fluido pasa por el interior del tubo se producen fuerzas de torsión a causa de la inercia del fluido. Dos sensores de movimiento son los encargados de medir dichos cambios con el tiempo, también denominados “desfase”.

Estás diferencias pueden relacionarse directamente con una medida directa de caudal másico. Además, estos equipos son capaces de medir la densidad del fluido a partir de la frecuencia de oscilación de los tubos de medición.

En el caso de los caudalímetros Coriolis Endress+Hauser, estos permiten la medición de caudal másico, densidad, temperatura y viscosidad.

Caudalímetros Vortex

Los caudalímetros Vortex, como lo propia palabra indica, se basan en la medición de los vórtices que se generan en un fluido corriente abajo de un obstáculo. En resumidas cuentas, la frecuencia o el número de vórtices generados tras un obstáculo en el fluido es proporcional a la velocidad del flujo y por tanto a su vez al caudal volumétrico.

Los caudalímetros Vortex Endress+Hauser son capaces de medir líquidos, gases y vapor a presiones de hasta 250 bar y temperaturas hasta 450ºC. Es normal encontrarnos este tipo de equipos en la medición de gran variedad de fluidos como por ejemplo vapor saturado, vapor recalentado, aire comprimido, nitrógeno, gases licuados, gases de salida, dióxido de carbono, etc.

Se debe tener en cuenta también, que en muchas de las aplicaciones en las que se introducen los caudalímetros vortex se requiere la medición de caudal másico en lugar de caudal volumétrico por lo que los caudalímetros vortex de Endress+Hauser disponen además de un sensor de temperatura y un computador de caudal, incluso también es posible disponer de la opción de medición de la calidad de vapor.

Caudalímetros másicos Térmicos

Los caudalímetros másicos por dispersión térmica permiten realizar medidas directas de la masa de gases industriales, aire comprimido y fluidos acuosos. El principio de funcionamiento está basado en que un caudal de fluido extrae calor por convección a un cuerpo más caliente cuando pasa junto a él.

Este tipo de caudalímetros disponen de dos sensores de temperatura PT100. Uno de ellos mide la temperatura a la que se encuentra el fluido la cual se toma como referencia. El segundo de ellos se calienta siendo la diferencia de temperaturas entre ambos constante cuando no pasa ningún fluido a través de ellos. Al circular un fluido el sensor de temperatura calefactado comienza a enfriarse conforme el fluido circula alrededor del mismo, de manera que cuanto mayor sea la velocidad del flujo, mayor será el enfriamiento del sensor.

Si medimos la corriente eléctrica necesaria para calentar el segundo sensor y así mantener la diferencia de temperatura entre ambos sensores constante, esta medida está relacionada directamente con el caudal másico.

Caudalímetros por Ultrasonidos

Existen caudalímetros por ultrasonidos basados en el método de tiempo de tránsito y en el efecto Doppler. Sin embargo, nos quedaremos con el primer principio de funcionamiento ya que el caudalímetro por efecto Doppler requiere que el fluido contenga partículas, burbujas de gas u otras homogeneidades similares.

El funcionamiento de los caudalímetros que se basan en el tiempo de tránsito se podría definir en una sencilla frase, navegar con viento a favor es más sencillo. Estos equipos disponen de dos sensores emisores/receptores de ultrasonidos capaces de medir el tiempo que tarda la señal desde que es emitida hasta que es recibida por el otro sensor. Por tanto, cuando un fluido viaja por el tubo, la señal que se envía a favor de la corriente viaja más deprisa que aquella que viaja a contracorriente. Está diferencia de tiempos se puede relacionar directamente con la medida de caudal.

Caudalímetros de presión diferencial

Existen multitud de variantes de caudalímetros de presión diferencial. Este tipo de caudalímetros constituyen en general un medio económico y fiable de medir caudales de gases, líquidos y vapor. Los diseños principales más comunes en las aplicaciones industriales actuales son de dos tipos, paso reducido (placas de orificio, toberas, tubos Venturi) y tubos de Pitot.

Centrándonos en la variante de paso reducido, es sencillo plantearse por las leyes de mecánica de fluidos que cuando un fluido circula por un estrechamiento, aguas arriba del mismo la presión aumenta y aguas abajo del mismo la presión disminuye. Dependiendo de la velocidad del flujo, esta diferencia de presiones será mayor o menor y es sencillo relacionar dicha variable con la medida de caudal.

Teniendo en cuenta todas las posibles tecnologías para la medición de caudal, no es tarea fácil escoger la tecnología que mejor se adapta a cada tipo de aplicación. Por ello, en Contaval y en Endress+Hauser contamos con una amplia experiencia en multitud de aplicaciones y estaremos encantados de poder asesorarles en todo cuanto esté en nuestras manos para que puedan conseguir una medición de caudal precisa, estable y segura, seleccionando el caudalímetro más adecuado en cada caso.

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