El caudalímetro electromagnético , a menudo abreviado como EMF o medidor magnético, es un instrumento de alto rendimiento diseñado para medir el caudal volumétrico de líquidos conductores. Funciona según la Ley de Inducción Electromagnética de Faraday, un principio fundamental de la física.
Gracias a su diseño único sin piezas móviles, el EMF ofrece ventajas significativas, como una pérdida de presión mínima y la capacidad de medir con precisión fluidos complejos. Es la opción ideal para líquidos y lodos sucios, corrosivos o abrasivos. Por ello, goza de amplia confianza en industrias como la química, la metalurgia, la minería, la pulpa y el papel, y la alimentación y bebidas. También desempeña un papel fundamental en la monitorización de la distribución de agua municipal y el tratamiento de aguas residuales.
El principio fundamental: la ley de Faraday en acción
La Ley de Faraday establece que cuando un conductor eléctrico se mueve a través de un campo magnético, se induce un voltaje (fuerza electromotriz o FME) a través del conductor. La magnitud de este voltaje es directamente proporcional a la velocidad del conductor, su longitud y la intensidad del campo magnético.
Un caudalímetro electromagnético aplica este principio al considerar el líquido conductor como conductor. Así funciona:
Generación de un campo magnético: El cuerpo del medidor, conocido como tubo de medición, está equipado con bobinas que generan un campo magnético controlado perpendicular a la dirección del flujo.
El líquido como conductor: a medida que el líquido conductor fluye a través de este campo magnético, "corta" efectivamente las líneas de flujo magnético.
Inducción de un voltaje: esta acción induce un voltaje que es directamente proporcional a la velocidad promedio del líquido que fluye.
Medición del voltaje: Dos electrodos, montados en lados opuestos de la pared de la tubería, detectan este voltaje inducido. Un transmisor procesa esta señal de voltaje para calcular el caudal volumétrico.
La relación se describe mediante la fórmula:
U = B * D * v
Dónde:
U = Voltaje inducido (potencial entre electrodos)
B = Intensidad del campo magnético (densidad de flujo magnético)
D = Diámetro interior del tubo de medición
v = Velocidad media de flujo del líquido
A partir de esto, se puede calcular el caudal volumétrico (Q). Es importante destacar que este principio se basa en un campo magnético uniforme, un fluido conductor y no magnético, y un perfil de flujo axisimétrico.
Consideraciones prácticas: el campo magnético de longitud finita
Curva del factor de corrección del campo magnético límite
En una aplicación práctica, el campo magnético no puede extenderse infinitamente. Es más intenso cerca de los electrodos y se debilita en los extremos. Esta variación puede crear distorsiones conocidas como corrientes de Foucault, que pueden afectar la precisión de la medición (un fenómeno denominado efecto de borde).
Para compensar esto, se aplica un factor de corrección (K), especialmente en tuberías donde la relación entre la longitud del campo magnético y el diámetro de la tubería es pequeña. En la mayoría de los diseños modernos con flujo turbulento, el efecto de borde es insignificante si esta relación es de 2,5 o superior.
Métodos de excitación: alimentación del campo magnético
El sistema de excitación es el corazón del medidor, ya que genera el campo magnético. El método utilizado determina el procesamiento de la señal e influye significativamente en el rendimiento del medidor. Existen tres métodos principales:
1. Excitación de CC
Este método utiliza imanes permanentes o una fuente de alimentación de CC para crear un campo magnético constante. Si bien es simple e inmune a la interferencia de CA, la excitación de CC puede causar electrólisis y polarización de electrodos en fluidos conductores. Esto altera la medición e introduce errores. Por lo tanto, la excitación de CC suele reservarse para medir líquidos no electrolíticos, como metales líquidos (p. ej., sodio o mercurio).
2. Excitación de CA
El uso de una fuente de alimentación de CA a frecuencia industrial (p. ej., 50 Hz) crea un campo magnético sinusoidal. Este método evita los problemas de polarización de la excitación de CC, pero presenta sus propios desafíos:
Interferencia de cuadratura: el campo magnético alterno puede inducir un voltaje de "efecto transformador" no deseado en el circuito del electrodo, que puede ser mucho mayor que la señal de flujo real.
Interferencia en fase (modo común): pueden aparecer señales de ruido que tienen la misma fase que la señal de flujo en ambos electrodos, a menudo causadas por corrientes parásitas o inducción electrostática.
Inestabilidad: Las fluctuaciones en el voltaje o la frecuencia de la fuente de alimentación de CA pueden alterar la intensidad del campo magnético, lo que genera imprecisiones en las mediciones.
3. Excitación de onda cuadrada de baja frecuencia
Este es el método más avanzado y ampliamente utilizado en la actualidad. Combina las ventajas de los enfoques de CC y CA. Al utilizar una onda cuadrada de baja frecuencia (p. ej., 3-30 Hz), se logra lo siguiente:
Elimina la polarización invirtiendo constantemente el campo.
Evita la interferencia de cuadratura midiendo la señal de flujo durante los períodos estables de la onda cuadrada.
Suprime las corrientes de Foucault, lo que produce una excelente estabilidad del punto cero y una alta precisión.
Los avances modernos continúan perfeccionando esta técnica con innovaciones como la excitación de onda cuadrada de triple estado y de doble frecuencia, mejorando aún más el rendimiento y la confiabilidad de los medidores de flujo electromagnéticos.
