Todos los instrumentos que miden el caudal de fluidos se denominan caudalímetros. La masa o el volumen de un fluido que fluye por la sección transversal de una tubería o instalación por unidad de tiempo se denomina caudal.
Los caudalímetros de gas generalmente reflejan el caudal de gas mediante la medición del volumen de gas.
Para implementar el proyecto de servicios de ahorro energético en la medición, debemos aprovechar al máximo la función de soporte técnico de la medición de caudalímetros. La medición de gas, especialmente la medición precisa de gas de alto costo, se utiliza en la transferencia de custodia, la gestión de transmisión y distribución de redes de ductos y la supervisión de equipos de gas. Es un medio necesario para reducir el consumo de energía, los costos operativos y eliminar conflictos entre las partes.
Los principales instrumentos de medición de flujo de gas se clasifican según su principio de funcionamiento:
① Medidor de caudal de velocidad;
② Medidor de caudal de desplazamiento positivo;
③ Medidor de caudal de presión diferencial;
④ Medidores de caudal másico y otras categorías.
Los medidores de caudal de velocidad incluyen medidores de caudal de gas de turbina, medidores de caudal de vórtice, medidores de caudal de remolino y medidores de caudal ultrasónicos, que se han desarrollado rápidamente en los últimos años. Con el desarrollo de medidores de caudal para grandes tuberías, los medidores de caudal ultrasónicos se han utilizado cada vez más por su ausencia de piezas móviles y la ausencia de pérdida de presión. Los medidores de caudal de turbina de gas se utilizan a menudo para medir gas natural, CO₂, aire, etc. El medidor de caudal de presión diferencial y el medidor de caudal de vórtice se utilizan con mayor frecuencia para medir el caudal de vapor o gas natural. Los medidores de caudal de velocidad son medidores de caudal de gas digitales con salida de corriente de 4-20 mA o salida de pulsos, pantalla digital que muestra el caudal instantáneo y total del gas; también son compatibles con los protocolos Modbus o HART.
Los instrumentos de medición de caudal volumétrico incluyen medidores de gas de membrana tradicionales, medidores de caudal de rueda de cintura, medidores de caudal de gas húmedo, etc.
El caudalímetro de presión diferencial con dispositivo de estrangulamiento como componente de detección es un caudalímetro con una larga trayectoria, abundante información teórica y práctica, y ampliamente utilizado en diversas aplicaciones. Gracias a su estructura simple, fácil instalación, funcionamiento fiable, bajo coste y alta precisión, se utiliza ampliamente en la medición de caudal en tuberías de diámetro grande y mediano.
Los medidores de flujo másico pueden obtener directamente el flujo másico de gas; se utilizan más en la medición, detección y control de parámetros del proceso de producción.
El medidor de flujo de área variable o medidor de flujo de rotor tiene una estructura simple; bajo requerimiento de sección de tubería recta, pérdida de presión constante, etc., el medidor de flujo de rotor se utiliza principalmente para la medición de bajo flujo de gas.
Se pueden utilizar varios tipos de medidores de flujo para
medir el caudal de gas , cada medidor de flujo es adecuado para ciertas condiciones y ocasiones limitadas y tiene sus ventajas.
Existen muchos tipos de caudalímetros y diversas clasificaciones. Según sus diferentes principios de funcionamiento, se pueden dividir en las siguientes categorías:
1. Caudalímetro de presión diferencial
El caudalímetro de presión diferencial está equipado con un dispositivo especial (como una placa de orificio, una garganta, etc.) en la tubería de fluido. Cuando el fluido fluye, se genera una presión diferencial entre las partes frontal y posterior del dispositivo, la cual guarda una relación funcional con el caudal. Es decir, a mayor presión diferencial, mayor caudal; a menor presión diferencial, menor caudal. El caudal se puede calcular midiendo la presión diferencial.
Los medidores de caudal de presión diferencial se dividen en dos tipos: de presión diferencial constante y de estrangulamiento (o de presión diferencial variable). El medidor de caudal de rotor pertenece al medidor de caudal de presión diferencial constante; el medidor de caudal compuesto por el dispositivo de estrangulamiento y el transmisor de presión diferencial pertenece al medidor de caudal DP. Los medidores de caudal DP más comunes incluyen el medidor de caudal de placa de orificio, el medidor de caudal de cono en V, el medidor de caudal de cuña, el medidor de caudal de boquilla de radio largo, etc.
El medidor de flujo de presión diferencial se puede utilizar para medir gas natural, gas comprimido, biogás, gases de combustión, vapor, etc.
2. Caudalímetro volumétrico
Los caudalímetros de desplazamiento positivo son los más precisos. Dentro del sensor del caudalímetro de desplazamiento positivo, existe un espacio que constituye un volumen estándar, generalmente denominado "espacio de medición" o "cámara de medición". Este espacio está formado por la pared interior de la carcasa del caudalímetro y las piezas giratorias. Cuando el fluido pasa a través del caudalímetro, llena continuamente la cámara de medición con un volumen determinado. Dado que existe una diferencia de presión entre la entrada y la salida del caudalímetro, las piezas giratorias giran bajo esta diferencia de presión y el fluido se transfiere según el caudal. Durante este proceso, el fluido llena el "espacio de medición" del caudalímetro una y otra vez, y luego se envía continuamente a la salida. En las condiciones de un caudalímetro determinado, se determina el volumen del espacio de medición, que impulsa el pistón (o tambor, engranaje, diafragma, etc.) para que oscile (o gire) hacia adelante y hacia atrás. Siempre que se mide el número de rotaciones de la parte giratoria, es decir, el número de veces que el fluido llena la cámara de medición se acumula mediante el contador, se puede obtener el valor de flujo acumulado total del volumen de fluido que pasa a través del medidor de flujo.
El medidor de flujo PD se utiliza generalmente para medir el flujo de gas a baja presión, es un medidor de consumo de gas.
Los medidores de gas de diafragma, de pistón, de engranajes, de rueda de cintura y de líquido, entre otros, pertenecen al grupo de los caudalímetros de desplazamiento positivo. Estos caudalímetros ofrecen las ventajas de ser insensibles al estado del flujo aguas arriba (no requieren la instalación de secciones de tubería rectas delanteras y traseras), alta precisión de medición y una excelente relación calidad-precio. Se utilizan principalmente para la transferencia de custodia, como en el caso de gas y petróleo.
3. Caudalímetro de velocidad
La salida del sensor de caudal de gas es proporcional al caudal, y se utiliza la velocidad del gas que fluye a través de la tubería para impulsar el impulsor o la turbina del caudalímetro, haciéndolos girar. A alta velocidad del gas, el número de revoluciones del impulsor o la turbina por unidad de tiempo es mayor; a baja velocidad, el número de revoluciones del impulsor o la turbina es menor. El número de revoluciones del impulsor o la turbina tiene una relación funcional relativamente estable con el caudal. El caudal del fluido se puede obtener midiendo el número de revoluciones del impulsor o rotor por unidad de tiempo. Estos medidores de caudal suelen ser digitales.
4. Medidor de caudal másico
Los medidores de caudal másico se utilizan para medir el caudal másico de gas de fluidos que circulan por tuberías. Los medidores de caudal másico incluyen principalmente:
(1) Caudalímetro másico Coriolis
Este tipo de caudalímetro utiliza la fuerza de Coriolis generada por el fluido en el tubo vibratorio y mide directamente dicha fuerza para obtener el caudal másico del fluido. El caudalímetro másico Coriolis se utiliza normalmente para medir gases con alta densidad, alta presión o alto caudal. El sensor del caudalímetro másico Coriolis puede ser de 1/2", 3/4", 1", 2", 3", 4", 6", DN200, etc.
(2) Caudalímetro másico térmico
El caudalímetro térmico instala una fuente de calor fuera de la pared de la tubería de fluido. Utiliza la relación entre el calor y la masa del gas que fluye y mide la variación de temperatura aguas arriba y aguas abajo para obtener el caudal másico del gas. Puede utilizarse para medir nitrógeno (N₂), oxígeno (O₂), aire comprimido, gas natural, etc. Puede ser un caudalímetro másico en línea o de inserción para la medición del caudal de gas en tuberías o conductos de gran tamaño. La unidad de caudal es Nm³/h o SCFH.
(3) Caudalímetro másico de impulsos
Este tipo de medidor de caudal utiliza la fuerza generada por el impulso del fluido material que cae a una determinada altura y adopta el método de medición de fuerza directa para obtener el caudal másico del fluido.
Los medidores de caudal másico permiten obtener directamente el caudal másico y se utilizan principalmente en la medición, detección y control de parámetros de procesos de producción. Generalmente, los medidores de caudal másico de gas se basan principalmente en medidores de caudal másico calorimétricos.
Disponemos de una amplia gama de dispositivos de medición de caudal de gas. Cada tipo de caudalímetro presenta sus propias ventajas y desventajas. El caudalímetro de velocidad tiene una estructura simple, un tamaño reducido y un bajo coste, pero su precisión es baja al medir caudales pequeños. Incluso si el impulsor (o turbina) no gira, es fácil que se produzca un "medidor muerto". El caudalímetro DP es más adecuado para la medición de fluidos a alta presión. Presenta un alto rendimiento y es fácil de producir en grandes cantidades, pero es difícil de usar con fluidos de pequeño diámetro y caudal, y su precisión no es muy buena. Los caudalímetros de desplazamiento positivo ofrecen alta precisión, pero son de gran tamaño y requieren altos requisitos técnicos para las pruebas de montaje y rigurosos requisitos en las condiciones ambientales de prueba.
