Medición de Caudal en Procesos Industriales

En la mayor parte de las operaciones realizadas en los procesos industriales, así como en las efectuadas en laboratorio y en plantas piloto, es muy importante la medición de los caudales de líquidos o de gases.

Medidores Volumétricos

Los medidores volumétricos determinan el caudal en volumen del fluido, bien sea directamente (desplazamiento), bien indirectamente por deducción.

• Presión diferencial, Área variable, Velocidad, Fuerza, Tensión inducida, Torbellino.

Instrumentos de Presión Diferencial

Elementos:

• Placa-orificio o diafragma
• Tobera
• Tubo de Venturi
• Tubo Pitot
• Tubo Annubar

Placa-orificio o Diafragma

Consiste en una placa perforada instalada en la tubería. Dos tomas conectadas en la parte anterior y posterior de la placa, captan esta presión diferencial, la cual es proporcional al cuadrado del caudal.

Tobera

Está situada en la tubería con dos tomas, una anterior y la otra en el centro de la sección más pequeña. La tobera permite caudales 60% superiores a los de la placa-orificio en las mismas condiciones de servicio.

Tubo de Venturi

Por medio de la reducción del diámetro, se pueden tomar muestras de la presión, antes y después de la reducción del diámetro. Una es la toma anterior y otra en la toma posterior.

Tubo Pitot

Mide la diferencia entre la presión total y la presión estática, es decir, la presión dinámica, la cual es proporcional al cuadrado de la velocidad.

Tubo Annubar

Es una innovación del tubo Pitot. Consta de dos tubos, el de presión total y el de presión estática. Es de mayor precisión que el tubo de Pitot.

Medidores de Área Variable (Rotámetros)

Son medidores de caudal de área variable en los cuales un flotador cambia su posición dentro de un tubo, proporcionalmente al flujo del fluido. Las fuerzas actúan sobre el flotador.

Tipos de Flotadores para Rotámetros

• Esféricos
• Cilíndrico con borde plano
• Cilíndrico con borde saliente
• Cilíndrico con bordes contra el flujo

Tipos de Rotámetros

• Rotámetros de purga: para caudales muy pequeños.
• Rotámetros de vidrio: indicación directa.
• Rotámetros armados: no permiten la lectura directa.
• Rotámetros by-pass: se emplean conectados a las tomas de una placa orificio o diafragma.

Medidores de Velocidad

En la medición de caudales en canales abiertos, se utilizan vertederos de formas variadas que provocan una diferencia de alturas del líquido en el canal entre la zona anterior del vertedero y su punto más bajo.

Tipos de vertederos:

• Rectangular
• Triangular
• Cipolleti o trapezoidal
• Parshall o Venturi

Medidores de Fuerza

Medidor de placa: Consiste en una placa instalada directamente en el centro de la tubería y sometida al empuje del fluido.

Medidores de Tensión Inducida

Medidor magnético: El conductor es el líquido y es la señal generada. Esta señal es captada por dos electrodos rasantes con la superficie interior del tubo y diametralmente opuestos.

Medidores de Desplazamiento Positivo

Miden el caudal en volumen contando o integrando volúmenes separados de líquido. Existen cuatro tipos básicos de medidores:

• Disco oscilante
• Pistón oscilante
• Pistón alternativo
• Rotativos
• Diafragma

Medidor de Disco Oscilante

El instrumento dispone de una cámara circular con un disco plano móvil dotado de una ranura en la que está intercalada una placa fija, de modo que la cámara está dividida por compartimentos separados de volumen conocido.

Medidor de Pistón Oscilante

Se compone de una cámara de medida cilíndrica con una placa divisora que separa los orificios de entrada y de salida.

Medidor de Pistón Alternativo

Es el más antiguo de los medidores de desplazamiento positivo. El instrumento se fabrica en muchas formas: de varios pistones, pistones de doble acción, válvulas rotativas, válvulas deslizantes horizontales.

Medidor Rotativo

Este tipo de instrumento tiene válvulas rotativas que giran excéntricamente rozando con las paredes de una cámara circular y transportan el líquido en forma incremental de la entrada a la salida.

Tipos de medidores rotativos:

• Cicloidales
• Birrotor
• Ovales

Medidores Cicloidales

Contienen dos lóbulos del tipo Root engranados entre sí que giran en direcciones opuestas manteniendo una posición relativa fija y desplazando un volumen fijo de fluido líquido o gas en cada revolución.

Sistema Birrotor

Consiste en dos rotores sin contacto mecánico entre sí, que giran como únicos elementos móviles en la cámara de medida.

Medidores Ovales

Disponen de dos ruedas ovales que engranan entre sí y tienen un movimiento de giro debido a la presión diferencial creada por el líquido.

Medidor de Paredes Deformables

También conocido como medidor de membrana o de fuelle, está formado por una envoltura a presión con orificios de entrada y salida que contiene el grupo medidor formado por cuatro cámaras de medición.

Medidores de Torbellino y Vortex

Se basa en la determinación de la frecuencia del torbellino producido por una hélice estática situada dentro de la tubería a cuyo través pasa el fluido (líquido o gas).

Medidor Oscilante

Consiste en un pequeño orificio situado en el cuerpo del medidor, que genera una presión diferencial y provoca el paso del fluido por el área de medida.

Medidores de Caudal Másico

La determinación del caudal másico puede efectuarse a partir de una medida volumétrica compensándola para las variaciones de densidad del flujo, o bien determinar directamente el caudal másico aprovechando características medibles de la masa del fluido.

Medición Directa del Caudal Másico

Si bien en la industria se utilizan normalmente medidores volumétricos de caudal, con el caudal determinado en las condiciones de servicio, o bien compensado según la presión, la temperatura o la densidad, existen 3 sistemas básicos:

• Instrumentos térmicos
• Momento angular
• Coriolis

Medidores Térmicos de Caudal

Se basan comúnmente en dos principios físicos:

1. La elevación de temperatura del fluido en su paso por un cuerpo caliente.
2. La pérdida de calor experimentada por un cuerpo inmerso en el fluido.

Medidores de Momento Angular

Los medidores de caudal másico de momento angular se basan en el principio de conservación del momento angular de los fluidos.

Hay dos sistemas:

• Medidor axial de una turbina.
• Medidor axial de doble turbina.

Medidor de Coriolis

Se basa en el teorema de Coriolis, que observó que un objeto de masa que se desplaza con una velocidad lineal a través de una superficie giratoria que gira con velocidad angular constante experimenta una velocidad tangencial tanto mayor es su alejamiento del centro.