Principio de funcionamiento del medidor de flujo de engranajes ovalados

Medir con precisión el caudal de líquidos es crucial en la dinámica de fluidos y el control de procesos industriales. Entre las numerosas tecnologías disponibles en el mercado, el caudalímetro de engranajes ovalados es una opción especialmente robusta, precisa y fiable, especialmente para aplicaciones con fluidos viscosos complejos. Su principio de funcionamiento, similar al de un caudalímetro de desplazamiento positivo (PD), es elegante por su simplicidad mecánica, pero potente por su rendimiento.

Este artículo completo explora la construcción del medidor de flujo de engranajes ovalados , el mecanismo que convierte el movimiento mecánico en datos precisos, sus principales beneficios y sus usos industriales más populares.

¿Qué es un medidor de flujo de desplazamiento positivo?

Antes de explorar los detalles del diseño de engranajes ovalados, es fundamental comprender la categoría a la que pertenece. Los medidores de caudal de desplazamiento positivo son instrumentos volumétricos que miden el caudal atrapando repetidamente un volumen fijo y conocido de fluido y distribuyéndolo desde la entrada hasta la salida. El volumen total de fluido que pasa es la suma de estas parcelas discretas.

A diferencia de los medidores inferenciales que derivan el caudal a partir de la velocidad (como los medidores de caudal de turbina o de vórtice), los medidores de PD miden directamente el volumen. Esta diferencia fundamental explica su excelente precisión y su menor influencia en las propiedades del fluido, como la viscosidad y la densidad. El medidor de engranajes ovalados es uno de los diseños más populares y eficaces de la familia PD.

Principio de funcionamiento: un latido mecánico

El corazón del caudalímetro de engranajes ovalados consiste en dos engranajes ovalados (también llamados rotores), mecanizados con precisión y entrelazados, que se instalan en una cámara de medición de tolerancias estrechas. El funcionamiento es un ciclo continuo de cuatro pasos que garantiza un proceso de medición fluido e ininterrumpido.

A continuación se muestra un desglose paso a paso de cómo funciona:

Paso 1: Entrada de fluido y atrapamiento inicial

Al entrar el líquido en la entrada del medidor, la fuerza del fluido crea una diferencia de presión que actúa sobre los engranajes. Esta presión hace girar el primer engranaje ovalado. Al girar, un pequeño volumen de líquido, determinado con precisión, queda atrapado en el espacio en forma de medialuna entre el borde exterior del engranaje y la pared interior de la cámara de medición.

Paso 2: Rotación y transferencia

El primer engranaje, ahora en movimiento, impulsa al segundo. A medida que el primer engranaje continúa girando, pasa por el puerto de entrada, sellándolo momentáneamente, y comienza a barrer el fluido atrapado hacia el puerto de salida del medidor.

Paso 3: Atrapamiento simultáneo por la segunda marcha

Mientras el primer engranaje descarga su fluido, el segundo engranaje realiza simultáneamente la misma acción de captura en el lado opuesto de la cámara. Atrapa un volumen fijo e idéntico de fluido en su propio espacio en forma de medialuna, lo que garantiza la continuidad del proceso de medición.

Paso 4: Descarga y repetición del ciclo

El segundo engranaje gira y descarga el volumen de fluido atrapado, mientras que el primero inicia un nuevo ciclo de atrapamiento. Este movimiento sincronizado y engranado de los dos engranajes ovalados garantiza un sellado hermético entre los puertos de entrada y salida, evitando que el líquido no medido se escape del sistema. El proceso se repite sin problemas, creando una medición de caudal fluida y continua.

Por cada rotación completa de 360 grados del par de engranajes, se desplaza un volumen fijo y específico de líquido. Dado que este volumen es conocido y constante, el caudal volumétrico total del medidor es simplemente la suma de estos volúmenes discretos. Por lo tanto, el caudal es directa y linealmente proporcional a la velocidad de rotación de los engranajes.

Del movimiento mecánico a los datos digitales

Si bien el principio mecánico es sencillo, este movimiento debe convertirse en una señal electrónica utilizable para los sistemas de control modernos. Esto se logra mediante un sofisticado sistema de sensores y transmisores.

Dentro de uno o ambos engranajes ovalados se encuentran potentes imanes permanentes. Un sensor, generalmente un sensor de efecto Hall o un interruptor de láminas, está montado en el exterior del cuerpo del medidor, muy cerca de los engranajes giratorios.

A medida que los engranajes giran, los imanes integrados pasan junto al sensor. Cada vez que un imán pasa, genera un pulso eléctrico. El diseño garantiza la generación de un número preciso de pulsos por cada rotación completa del par de engranajes.

Un transmisor o pantalla con microprocesador realiza el paso final. Contabiliza estos pulsos de alta resolución durante un intervalo de tiempo específico. Al conocer el volumen exacto desplazado por pulso, el instrumento puede calcular con precisión:

Caudal: El volumen de líquido que pasa por el medidor por unidad de tiempo (por ejemplo, litros por minuto o m3/h).
Volumen totalizado: un recuento acumulativo del volumen total de líquido que ha pasado por el medidor desde el último reinicio.

Ventajas clave del caudalímetro de engranajes ovalados

El principio de funcionamiento único del medidor de engranajes ovalados proporciona varias ventajas importantes:

Alta precisión y repetibilidad: Con una precisión frecuente de ±0,5 % o superior, se encuentran entre los medidores más precisos del mercado. Su desplazamiento positivo garantiza una excelente repetibilidad.

* Ideal para fluidos viscosos: Esta es posiblemente su mayor ventaja. A diferencia de muchas otras tecnologías (como el caudalímetro TUF o el caudalímetro de vórtice) que fallan con líquidos espesos, los caudalímetros de engranajes ovalados pueden medir con precisión aceites, combustibles, grasas, resinas y jarabes con facilidad.




* Insensibilidad al perfil de flujo: No requieren tuberías rectas aguas arriba o aguas abajo, lo que hace que sean fáciles de instalar en espacios reducidos donde otros medidores de flujo no serían adecuados.

* Excelente medición de bajo caudal: Pueden mantener una alta precisión incluso con caudales muy bajos.

* No requiere energía (para medidor de flujo de engranajes ovalados de tipo mecánico): los modelos simples pueden equiparse con un registro y una pantalla puramente mecánicos, lo que los hace perfectos para ubicaciones remotas o peligrosas donde no hay energía disponible.

Aplicaciones e industrias comunes

La versatilidad y robustez de los medidores de caudal de engranajes ovalados los convierten en la opción preferida en numerosas industrias:

* Combustibles y Aceites: Despacho de gasolina, diesel y queroseno; monitoreo de consumo de combustibles para calderas y generadores; medición de aceites lubricantes.

* Productos químicos: Dosificación e inyección precisa de aditivos, catalizadores y polímeros.
* Alimentos y bebidas: Medición de ingredientes viscosos como jarabes, chocolate y aceites vegetales.
* Pulpa y Papel: Manejo de aditivos químicos y recubrimientos.
* Transferencia de Custodia: Medición de alta precisión para facturación y control de inventario de líquidos valiosos.

Limitaciones a considerar

Si bien son increíblemente efectivos, los medidores de engranajes ovalados presentan dos limitaciones principales. En primer lugar, están diseñados únicamente para líquidos limpios. Las partículas abrasivas o los sólidos pueden causar desgaste y daños en los engranajes mecanizados con precisión, lo que compromete la precisión. Una filtración adecuada suele ser un requisito previo. En segundo lugar, introducen una mayor caída de presión en comparación con los medidores no intrusivos, como los magnéticos o ultrasónicos.

Conclusión

El funcionamiento del caudalímetro de engranajes ovalados demuestra la solidez de la ingeniería mecánica creativa. Sus rotores entrelazados le permiten medir directamente volúmenes discretos de fluido, ofreciendo un nivel de precisión y fiabilidad inigualable, especialmente para líquidos difíciles y viscosos. Su diseño sencillo y robusto ofrece un valor excepcional y confianza en aplicaciones cruciales de medición de caudal, a la vez que garantiza una larga vida útil con mínimo mantenimiento. El caudalímetro de engranajes ovalados sigue siendo la mejor opción para cualquier proceso que requiera precisión, fiabilidad y adaptabilidad.

A continuación se muestra un video donde se puede ver claramente cómo funciona el medidor de flujo de engranajes ovalados.