Medición de Caudal: Tipos de Medidores y Principios de Funcionamiento

Medición de Caudal: Tipos de Medidores y Principios de Funcionamiento

Existen dos tipos principales de medidores de caudal: los volumétricos, que determinan el caudal en volumen del fluido, y los de masa, que determinan el caudal en masa. Los medidores volumétricos se utilizan generalmente para la medida general de caudal, mientras que los medidores de caudal másico se destinan a aquellas aplicaciones en las que la exactitud de la medida es importante.

Principios de Medida

Los principios de medida de los medidores de caudal son:

• Medidores volumétricos: Sistema de Presión diferencial, Área variable, Velocidad, Fuerza, Tensión inducida, Torbellino, Oscilante.
• Medidores de caudal másico: Compensación de Presión y Temperatura en medidores volumétricos, Térmicos, Momento, Fuerza de Coriolis.

Medidores Volumétricos

Los medidores volumétricos determinan el caudal en volumen del fluido, bien sea directamente (desplazamiento), bien indirectamente por deducción o inferencia (presión diferencial, área variable, velocidad, fuerza, tensión inducida, torbellino). La medida de caudal volumétrico se lleva a cabo principalmente con elementos que dan lugar a una presión diferencial al paso del fluido. Entre estos elementos se encuentran la placa orificio o diafragma, la tobera, el tubo Venturi, el tubo Pitot y el tubo Annubar.

Elementos de Presión Diferencial

Se basan en la diferencia de presiones provocada por un estrechamiento en la tubería por donde circula el fluido (líquido, gas o vapor). La presión diferencial es captada por dos tomas de presión situadas inmediatamente aguas arriba y aguas abajo del estrechamiento.

Tipos de Elementos de Presión Diferencial

Los elementos de presión diferencial son:

• 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.

Tipos de Tomas en la Placa Orificio

1. Tomas en la brida (flange taps): Es bastante utilizada porque su instalación es cómoda, ya que las tomas están taladradas en las bridas que soportan la placa y situadas a 1” de distancia de la misma.
2. Tomas en la vena contraída (vena contracta taps): La toma posterior está situada en un punto donde la vena alcanza su diámetro más pequeño, lo cual depende de la razón de diámetros y se presenta aproximadamente a ½ diámetro de la tubería. La toma anterior se sitúa a 1 diámetro de la tubería.
3. Tomas radiales (radius taps): Son parecidas a las tomas de vena contraída, pero fijando siempre las tomas anterior y posterior a 1 y ½ diámetro de la tubería, respectivamente.
4. Tomas en la cámara anular (corner taps): Las tomas están situadas inmediatamente antes y después del diafragma y requieren el empleo de una cámara anular especial.
5. Tomas en la tubería (pipe taps): Las tomas anterior y posterior están situadas a 2 ½ y 8 diámetros, respectivamente. Se emplean cuando se desea aumentar el intervalo de medida de un medidor de caudal dado. La situación de las tomas está en un lugar menos sensible a la medida.

El orificio de la placa puede ser concéntrico, excéntrico o segmental. La precisión obtenida con la placa es del ± 1% al ± 2%.

• Tobera: Está situada en la tubería con dos tomas, una anterior y la otra en el centro de la sección más pequeña. La tobera puede emplearse para fluidos que arrastren sólidos en pequeña cantidad; si estos sólidos son abrasivos, pueden afectar la precisión del elemento. La exactitud es de ± 0,95% a ± 1,5%.
• Tubo Venturi: Posee gran precisión y permite el paso de fluidos con un porcentaje relativamente grande de sólidos. Los sólidos abrasivos influyen en su forma, afectando la exactitud de la medida. La exactitud del tubo es de ± 0,75%.
• Tubo Pitot: Mide la diferencia entre la presión total y la presión estática, o sea, la presión dinámica, la cual es proporcional al cuadrado de la velocidad. Es sensible a las variaciones en la distribución de velocidades en la sección de la tubería, de aquí que en su empleo es esencial que el flujo sea laminar, disponiéndolo en un tramo recto de tubería. Se emplea normalmente para la medición de grandes caudales de fluidos limpios; su exactitud es de 1,5 a 4 %.
• Tubo Annubar: Es una innovación del tubo Pitot. El tubo que mide la presión total está situado a lo largo de un diámetro transversal de la tubería y consta de varios orificios de posición crítica. El tubo que mide la presión estática se encuentra detrás del de presión total, con su orificio en el centro de la tubería. Tiene una exactitud del 1% y se emplea para la medida de pequeños o grandes caudales de líquidos y gases.

Área Variable (Rotámetros)

Se caracterizan por el cambio de área que se produce entre el elemento primario en movimiento y el cuerpo del medidor. Pueden asimilarse a una placa orificio cuyo diámetro interior fuera variable, dependiendo del caudal y de la fuerza de arrastre producida por el fluido.