Un medidor de caudal es un instrumento que calcula el volumen de un fluido (líquido o gas, como
un medidor de caudal de gas natural , un medidor de caudal de aire o un medidor de caudal de N₂) que pasa por una tubería midiendo primero su velocidad media. Su principio operativo se basa en la ecuación fundamental del caudal:
Q=v⋅A
Dónde:
· Q es el caudal volumétrico
· v es la velocidad media del flujo a través de la sección transversal de la tubería
· A es el área de la sección transversal de la tubería
Al medir con precisión la velocidad (v) y conocer el área de la tubería (A), se puede determinar con precisión el caudal volumétrico (Q). Esta tecnología ha evolucionado rápidamente, dando lugar a diversos tipos de medidores. A continuación, se presentan los medidores de caudal de velocidad más comunes y representativos que se utilizan en la industria actual.
El caudalímetro de turbina es uno de los medidores de velocidad más consolidados y utilizados. Su componente central es un rotor de turbina que se coloca en el recorrido del fluido.
Principio de funcionamiento: A medida que el fluido fluye por la tubería, choca con los álabes de la turbina, lo que hace girar el rotor. La velocidad de rotación de este rotor es directamente proporcional a la velocidad del fluido. Al medir las revoluciones por minuto (RPM) del rotor, el medidor calcula la velocidad del fluido y, en consecuencia, el caudal volumétrico.
Ventajas técnicas y aplicaciones: · Alta precisión de medición: proporciona resultados altamente precisos y repetibles.
· Amplia relación de reducción: mantiene la precisión en un amplio rango de caudales.
· Excelente linealidad: la relación entre el flujo y la salida es consistentemente lineal.
· Salida digital amigable: genera una salida de pulso que es fácilmente procesada por la electrónica digital.
Se utiliza ampliamente para medir diversos líquidos de baja viscosidad (como agua y combustibles) y gases.
Más información sobre la medición del caudal de combustible mediante caudalímetro de turbina líquida. Caudalímetro digital de combustible diésel de turbina.
Rango de velocidad típico: · Medidor de caudal de turbina de líquido: Aproximadamente 0,5 a 10 m/s (1,5 a 33 pies/s)
Más información técnica sobre el caudalímetro de turbina de gas en silverinstruments.com. Caudalímetro de turbina de gas SGW.
· Medidor de flujo de turbina de gas Aproximadamente 5 a 100 m/s (15 a 330 pies/s)
Más información técnica sobre el caudalímetro de turbina para líquidos serie SLW en silverinstruments.com.
Un caudalímetro de vórtice funciona según el principio de la dinámica de fluidos, el efecto de la "calle de vórtices de von Kármán". Esto se logra colocando una obstrucción no aerodinámica, conocida como cuerpo romo o barra desprendible, en la trayectoria del flujo.
Principio de funcionamiento: Cuando el fluido pasa por el cuerpo de rombo, se separa y crea un patrón repetitivo de vórtices alternados aguas abajo. Dentro de un rango de caudales, la frecuencia con la que se forman estos vórtices es directamente proporcional a la velocidad del fluido. Un sensor detecta esta frecuencia de formación de vórtices para calcular el caudal.
Ventajas técnicas y aplicaciones: · Amplio rango de medición: adecuado para un amplio espectro de caudales.
· Alta precisión de medición: ofrece mediciones estables y precisas.
· Compatibilidad versátil con fluidos: puede medir líquidos, gases y vapor.
· Baja pérdida de presión permanente: Impacto mínimo en el consumo de energía del sistema.
Frontera técnica: La investigación en curso se centra en optimizar la geometría del cuerpo del rombo para generar una calle de vórtices más estable y regular, mejorando aún más la precisión y la confiabilidad del medidor.
Rango de velocidad típico: · Líquidos: Aproximadamente 0,3 a 10 m/s (1 a 33 pies/s)
· Gases/vapor: Aproximadamente 3 a 80 m/s (10 a 260 pies/s)
Basado en la Ley de Inducción Electromagnética de Faraday, el caudalímetro electromagnético es la opción ideal para medir el caudal de líquidos conductores.
Principio de funcionamiento: Al fluir un líquido conductor a través de un campo magnético generado por el medidor, este actúa como conductor. Esto induce un voltaje perpendicular tanto a la dirección del flujo como al campo magnético. La magnitud de este voltaje es directamente proporcional a la velocidad promedio del líquido.
Ventajas técnicas y aplicaciones: · Respuesta extremadamente rápida: con histéresis insignificante, es perfecto para capturar variaciones de flujo instantáneas.
· Sin obstrucciones al flujo: la tubería está limpia, lo que significa que no hay partes móviles ni pérdida de presión adicional, es un medidor de flujo de paso completo. más información técnica sobre el medidor de flujo de paso completo: Medidor de flujo electromagnético de paso completo
· Alta precisión: En un perfil de flujo estable y completamente desarrollado, el medidor representa con precisión la velocidad promedio.
Limitaciones y contramedidas: · Requisitos de fluido: El fluido medido debe tener una conductividad eléctrica mínima, lo que lo hace inadecuado para gases y la mayoría de los productos a base de hidrocarburos.
Interferencia electromagnética (EMI): Puede ser susceptible al ruido eléctrico externo. Se requiere una conexión a tierra y un blindaje electromagnético adecuados para un funcionamiento fiable.
Rango de velocidad típico: · Líquidos: Puede medir un rango muy amplio, generalmente de 0,1 a 10 m/s (0,3 a 33 pies/s), siendo excelente en aplicaciones de bajo caudal donde otros medidores pueden fallar.
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La medición de caudal ultrasónica es una tecnología no invasiva en rápida evolución. Calcula el caudal analizando el comportamiento de las ondas ultrasónicas al atravesar un fluido en movimiento.
Principio de funcionamiento: Hay dos métodos principales:
1. Método de Tiempo de Tránsito: Este método mide la diferencia de tiempo entre un pulso ultrasónico enviado aguas arriba y uno enviado aguas abajo. El pulso viaja más rápido con el flujo y más lento en contra. Esta diferencia de tiempo es directamente proporcional a la velocidad del fluido. Más información sobre el método de tiempo de tránsito: Medidor de caudal de tiempo de tránsito.
2. Método Doppler: Este método se basa en el efecto Doppler. Transmite una señal ultrasónica al fluido, que se refleja en partículas en suspensión o burbujas de aire. El desplazamiento de frecuencia de la señal reflejada es proporcional a la velocidad del fluido. Más información sobre el caudalímetro Doppler: Caudalímetro ultrasónico Doppler.
Ventajas técnicas y aplicaciones: Medición no invasiva: Los sensores de abrazadera se montan en el exterior de la tubería, evitando caídas de presión y permitiendo su instalación sin interrumpir el proceso. Esto los hace ideales para tuberías de gran diámetro y aplicaciones de alto caudal. Más información técnica sobre medición no invasiva: Caudalímetro de agua no invasivo.
· Tiempo de tránsito: ofrece alta precisión pero es mejor para líquidos limpios, ya que las partículas o burbujas pueden interferir con la señal.
· Doppler: Excelente para medir flujos bifásicos (líquidos con sólidos suspendidos o burbujas) donde los medidores de tiempo de tránsito fallarían.
Rango de velocidad típico: · General (líquidos y gases): Extremadamente versátil, capaz de medir desde velocidades muy bajas a muy altas, a menudo en el rango de 0,03 a 35 m/s (0,1 a 115 pies/s).
Los caudalímetros másicos térmicos funcionan según los principios de transferencia de calor. Se coloca un elemento sensor calentado en la corriente de flujo y se mide la tasa de disipación de calor para determinar el caudal.
Principio de funcionamiento: Existen dos modos principales:
1. Anemometría de Temperatura Constante (ACT): El sensor se mantiene a temperatura constante y se mide la corriente de calentamiento necesaria para mantenerla. Un caudal mayor requiere mayor corriente.
2. Anemometría de Corriente Constante (CCA): Se aplica una corriente constante al sensor y se mide la variación de temperatura resultante. Un mayor caudal resulta en una menor temperatura del sensor.
Tipos y aplicaciones: Anemómetro de hilo caliente: Este es un medidor de velocidad real conocido por su respuesta de frecuencia extremadamente alta y su pequeño tamaño de sonda. Se utiliza ampliamente en la investigación de dinámica de fluidos para medir la velocidad instantánea en puntos específicos de un campo de flujo.
Caudalímetros másicos térmicos: La mayoría de los caudalímetros térmicos industriales están diseñados de esta manera. Su señal de salida se correlaciona directamente con el caudal másico del fluido, no con su caudal volumétrico, lo cual constituye una distinción clave. Son excepcionalmente adecuados para la medición de gases de bajo caudal.
Rango de velocidad típico (para aplicaciones de gas industrial): · Gases: Excelentes para aplicaciones de baja velocidad, con un rango muy amplio, típicamente de 0,1 a 120 m/s (0,3 a 400 ft/s).
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