Medida de caudal

La elección de un caudalímetro para una aplicación suele ser una tarea delicada. Como en otro tipo de instrumentación, es necesario tener en cuenta factores de proceso: tipo de fluido (gas o líquido, mezcla, composición química), condiciones (rango de velocidades, dirección de flujo, temperaturas, densidades, etc.). También hay que estudiar precisión, coste, durabilidad y necesidades de mantenimiento. Pero además, suelen demandar requisitos de instalación especiales. En particular, muchos necesitan condiciones de flujo laminar para poder medir adecuadamente. Esto significa que no deben producirse turbulencias en sus cercanías, para lo cual se deben instalar en tramos rectos de suficiente longitud, separados de curvas, estrechamientos, bombas, etc. Muchos no son compatibles con tuberías vacías, por lo que hay que habilitarles un paso por un punto bajo. Gran parte, por último, no admiten mezcla de fases, de composición o sólidos en suspensión.
Antes de describir las diferentes tecnologías, anotar que los caudalímetros pueden arrojar su medida de acuerdo al volumen o a la masa que fluye, y se dice que son volumétricos o másicos respectivamente. La transformación de una magnitud a otra puede hacerse a través de la densidad, aunque ésta suele ser variable (cambios de composición, temperatura, presión).

• • Rotámetro. Consiste en un tubo transparente graduado cuya área crece ligeramente desde la base. En su interior, por donde se hace circular el flujo hacia arriba, hay un flotador de diámetro algo menor al tubo cónico. A determinada altura, la fuerza de empuje del fluido contrarresta la gravedad. No son equipos precisos, pero sí robustos, por lo que se emplean en aplicaciones donde se requiere asegurar el paso del líquido o gas.

    

  • De molino o paletas. Tienen en su interior unas aspas que giran a velocidad aproximadamente proporcional al caudal, dentro del rango de aplicación. Se le incorpora un mecanismo de conteo de revoluciones, generalmente uno o varios imanes en el rotor y bobinas o sondas de efecto Hall en el exterior. Son fiables, pero acusan desgaste por la presencia de elementos móviles. Una variante de estos equipos son los caudalímetros de turbina. Otra, para la velocidad del aire en campo abierto, son los anemómetros.

    

    

  • De desplazamiento positivo. El fluido empuja un elemento en una cavidad con dimensiones determinadas, y se mide el caudal según ciclos de operación. Pueden ser de pistón, de engranajes, o de tornillo, según el elemento que se desplace. El conteo se realiza con sistemas similares a los de paletas. Al igual que éstos, también sufren desgaste.

    

    

  • De presión diferencial. Se construyen instalando un transmisor de presión diferencial entre ambos lados de un estrechamiento de la tubería, como puede ser un disco de orificio. El caudal es proporcional a la raíz de la medida de presión. Este sistema es muy empleado por ser robusto y económico. Una variante suya son los caudalímetros con cono de V, donde el estrechamiento lo produce un cono en el interior de la tubería.

    

    

    También usan la medida de presión, aunque sin introducir apenas estrechamiento en la tubería, los tubos Pitot. Miden la diferencia entre un dos puntos a diferente distancia del centro y la traducen a velocidad aplicando la ecuación de Bernoulli.

    

  • Por diferenical de temperatura. Estos equipos introducen una pequeña resistencia calefactora en el fluido, y se mide el aumento de temperatura en su proximidad. El caudal es inversamente proporcional a la diferencia. Se mide caudal másico, poco afectados por cambios de presión.
    

    

  • Magnéticos. Su principio es de aplicación a fluidos conductivos, como el agua. Se genera un campo magnético perpendicular al flujo, cuyo desplazamiento de carga induce un campo eléctrico proporcional al caudal, por la ley de Faraday. No se produce ninguna pérdida de carga. Como inconveniente, el ya mencionado de que requieren un fluido conductivo.
    

    

  • Vortex. Estos equipos introducen una pequeña varilla perpendicular a la tubería, que induce turbulencias en el fluido. Estos vórtices se generan a derecha e izquierda, con una frecuencia proporcional al caudal. Para detectarlos, se usa un pequeño sensor piezoeléctrico o térmico. Son bastante precisos, requieren poco mantenimiento y producen poca pérdida de carga.
    

    

  • Ultrasónico. Emiten un sonido de alta frecuencia que se recibe algo más adelante o atrás en el sentido de desplazamiento. El efecto Doppler hace que la frecuencia con que se detecta varíe proporcionalmente con el caudal. Como gran ventaja, no son invasivos y pueden instalarse externamente a la tubería. Requieren condiciones de flujo laminar, por lo que precisan un tramo largo de tubería para evitar turbulencias.
    

    

  • De Coriolis. El fluido se hace pasar por un codo en el tubo que vibra por causa de un excitador. El paso de caudal hace variar la frecuencia de oscilación, lo que permite determinar el caudal másico.