Medición de Caudal: Tipos, Funcionamiento y Aplicaciones

Definición de Caudal

El caudal se define como la masa o volumen de fluido que circula por una tubería o conducto en una unidad de tiempo. Se mide en unidades másicas (Kg/s) o volumétricas (L/min, m3/hora), entre otras.

Fórmula de Caudal

Q = V/T

Donde:

• Q es el caudal
• V es el volumen
• T es el tiempo

Unidades de Caudal

Las unidades de caudal más comunes son:

• L/s (litros por segundo)
• m3/h (metros cúbicos por hora)
• kg/s (kilogramos por segundo)
• Tm/h (toneladas métricas por hora)

Coeficiente de Descarga

El coeficiente de descarga (Cd) en una medición de caudal se define como la relación entre el caudal real y el caudal teórico:

Cd = Caudal real / Caudal teórico

Este coeficiente determina el tipo y tamaño del medidor de caudal adecuado para una aplicación específica.

Placa Orificio

Principio de Funcionamiento

La placa orificio es un elemento primario de medición de caudal por presión diferencial. Consiste en un disco metálico plano con un orificio calibrado. Para evitar turbulencias y asegurar una medición precisa, se requieren tramos rectos de tubería antes y después de la placa.

Al pasar el fluido por el orificio, su velocidad aumenta y la presión disminuye. La diferencia de presión (ΔP) entre la entrada y la salida del orificio se utiliza para determinar el caudal.

ΔP = P1 - P2

Vena Contracta

La vena contracta es el punto donde el fluido alcanza la máxima diferencia de presión respecto a la línea de entrada, después de pasar por el orificio.

Expresión de Caudal

El caudal a través de una placa orificio se calcula mediante la siguiente expresión:

Q = K x √ΔP

Donde K es un factor que depende de las características de la placa y del fluido.

Agujeros de Venteo y Drenaje

Las placas orificio pueden tener un pequeño agujero en la parte superior (agujero de venteo) para permitir el paso de vapores o gases y evitar sobrepresiones. También pueden tener un agujero en la parte inferior (agujero de drenaje) para eliminar condensados en tuberías con gases o vapores.

Enderezadores de Venas

Si no se pueden respetar los tramos rectos mínimos antes de la placa orificio, se pueden utilizar enderezadores de venas para acondicionar el caudal y reducir las turbulencias.

Caudalímetro Electromagnético

Principio de Funcionamiento

El caudalímetro electromagnético se basa en la ley de Faraday de la inducción electromagnética. Un campo magnético se induce en el fluido conductor que pasa a través de la tubería, generando una fuerza electromotriz (FEM) proporcional a la velocidad del fluido.

Ecc = K x Bc x V x L

Donde:

• Ecc es la FEM inducida
• K es una constante
• Bc es la intensidad del campo magnético
• V es la velocidad del fluido
• L es la longitud del conductor

Conductividad Eléctrica

El fluido debe tener una conductividad eléctrica mínima para que el caudalímetro electromagnético funcione correctamente. El valor de conductividad se indica en el catálogo del medidor (por ejemplo, 2 MS/cm).

Rangeabilidad

La rangeabilidad de un caudalímetro es la relación entre el caudal máximo y el caudal mínimo que puede medir con precisión.

Caudalímetros de Ultrasonidos

Tipos y Aplicaciones

Existen dos tipos principales de caudalímetros de ultrasonidos:

• **Medidor de tiempo de tránsito:** Mide la diferencia de tiempo que tardan dos paquetes de ondas ultrasónicas en atravesar la tubería en direcciones opuestas. Es adecuado para líquidos limpios.
• **Medidor por efecto Doppler:** Mide el cambio de frecuencia de las ondas ultrasónicas reflejadas en las impurezas del fluido. Es adecuado para fluidos con partículas en suspensión.

Caudalímetro Vortex

Principio de Funcionamiento

El caudalímetro vortex utiliza un elemento que genera vórtices (torbellinos) en el fluido. La frecuencia de los vórtices es proporcional al caudal. Un sensor piezoeléctrico detecta los cambios de presión causados por los vórtices y genera una señal eléctrica proporcional al caudal.

Ventajas

El caudalímetro vortex es adecuado para una amplia gama de fluidos y temperaturas (-40ºC a 400ºC). Es robusto y no tiene partes móviles.

Inconvenientes

No es adecuado para fluidos con alta viscosidad o con partículas en suspensión.

Caudalímetro Coriolis

Principio de Funcionamiento

El caudalímetro Coriolis mide el caudal másico del fluido mediante la vibración de un tubo o tubos por los que circula el fluido. La fuerza de Coriolis, que actúa sobre el fluido en movimiento, provoca una torsión del tubo proporcional al caudal másico.

Ventajas

El caudalímetro Coriolis ofrece una alta precisión y puede medir una amplia gama de fluidos y temperaturas (-200ºC a 425ºC).

Inconvenientes

Puede tener una pérdida de carga significativa y es más caro que otros tipos de caudalímetros.