Los Sensores de Flujo son dispositivos que al ser instalados en línea con una tubería permiten determinar cuando circula un fluido (líquido o gas).

Son del tipo encendido y apagado por lo que no determinan el caudal, sino sólo si hay circulación o no.

Para medir el caudal se utilizan caudalímetros. Que también son llamados medidores de flujo o flujómetros.

De pistónDe paleta (compuerta)De elevación (tapón)

Mecánicos VisualesMecánicos de MolinoElectrónico de MolinoElectrónico de TurbinaDiferencial de PresiónMagnéticosVortexUltrasónicosDiferencial de TºMedidor de CoriolisDesplazamiento Positivo

De Pistón

◦ Rango: Se utiliza para detectar caudales entre 0,5 y 20 LPM.

◦ Principio de Funcionamiento: Es un pistón que cambia de posición empujado por el flujo circulante. Regresa a su posición inicial por gravedad o por resorte. En su interior contiene un imán que activa un reed switch que abre o

cierra el circuito eléctrico al que está conectado. Su sensibilidad queda determinada por el área entre el pistón y la pared sensor.

De paleta◦ Rango: recomendado para detectar caudales mayores a 20 LPM

◦ Principio de Funcionamiento: Es una paleta con un eje transversal al flujo

a detectar. Dicho eje, que atraviesa herméticamente la

pared del sensor, enciende o apaga un interruptor externo cuando el flujo mueve la paleta. La sensibilidad queda determinada por el largo de la paleta.

De elevación:◦ Rango: Ajustable para cualquier caudal.

◦ Principio de Funcionamiento: Es un tapón que interrumpe el flujo. En el centro del tapón hay un eje que, al ser empujado por el

fluido, presiona un interruptor externo. La sensibilidad se maneja perforando orificios en el tapón.

Contadores de Turbina◦ Rango: En líquidos funciona tano con caudales bajos y altos (<2 LPM y

>20000 PLM). En gases se puede ajustar para caudales bajos (<20 LPM)

◦ Principio de Funcionamiento:

• Una turbina colocada de frente al flujo, encapsulada en las pardes de un tubo, rota proporcionalmente al caudal.

• La velocidad de la turbina se cuanta por medios mecánicos o inductivos. Los convencionales, cada vez que una aspa pasa por el sensor se genera un impulso. Así la frecuencia de la señal corresponde a la velocidad del caudal.

Contadores de Turbina◦ Aplicaciones:

◦ Industria química: por características de ejecución, resistencia ala corrosión facilidad de instalación y seguridad.

◦ Aplicaciones criogénicas: pivotes especiales permiten medir fluidos a tº bajas

◦ Mediciones de aceite: junto con los de tipo coriolis con los más indicados para la medición de aceites ligeros.

◦ Lácteos y bebidas: ejecución fiable probada en el sector◦ Industria farmacéutica: modelos higiénicos y de precisión para

fluidos de alto valor.◦ Grandes tuberías: modelos de inserción bien probados en

aplicaciones de suministro de agua.

Diferenciales de Presión◦ Rango:principalmente para caudales bajos tanto líquidos (<2

LPM) como gaseosos (<20 LPM).◦ Principio de Funcionamiento:

◦ Todos los modelos se basan en la diferencia de presión medida antes y después del sensor. Dicha diferencia es proporcional al caudal medido.

◦ Los diseños principales son:◦ Paso reducido (placas orificio, toberas, tubos venturi)◦ Tubos pitot

Diferenciales de Presión:

◦ Aplicaciones:

Se emplean para medir una amplia gama de caudales tanto líquidos como gaseosos.

Magnéticos◦ Rango: 0.01 [m/s] a 10 [m/s], con precisión dada por un error ajustable,

◦ Principio de Funcionamiento:

• La ley de inducción de Faraday y el efecto Hall hacen explícito que es posible inducir voltaje en un conductor en movimiento bajo un campo magnético fijo, como el de la figura de más abajo.

• El principio de funcionamiento del sensor es inducir voltaje proporcional a la velocidad del fluído para luego detectarlo por dos electrodos y transmitido a etapas posteriores de amplificación.

Magnéticoso Instalación:

• Para evitar formación de burbujas se debe evitar colocar después de un codo o en los puntos más altos de la tubería.

• No se debe instalar un sensor justo antes de donde se ubica un equipo de bombeo, pues podrían producirse bajas de presión.

• Debe instalarse un sifón o una válvula de ventilación para, ante bajadas muy abruptas en las líneas, (más de 5 [m] a partir del nivel del sensor), evitar pérdidas de presión (e incluso presiones negativas).

• En el caso vertical se recomienda que la dirección del flujo sea hacia arriba, pues sólidos se hundirán abajo y gases subirán lejos del tubo de medición.

Magnéticoso Instalación:

• Se debe asegurar tanto las cañerías como el sensor en el caso en que las vibraciones del sistema sean severas. Se recomienda en este caso además instalar transmisor y sensor separadamente

• Se recomiensa que la entrada y salida del flujo al sensor cumpla con restricciones de distancia si es atravesada en orientación horizontal: la entrada debe ser mayor o igual a 5 veces el diámetro nominal, y la salida, 2 veces mayor o igual.

Medidor de Coriolis◦ Rango:

◦ Principio de Funcionamiento:

• La fuerza de coriolis aparece como respuesta a fuerzas inerciales cuando en una sistema se superponen movimiento rotacionales y translacionales. Ej.: persona caminando en un disco.

Medidor de Coriolis• En un tubo con caudal nulo no hay movimiento lineal, entonces

Fc=0.• En un tubo con caudal>0, el movimiento oscilatorio del tubo

(equivalente a rotaciones) se superpone al desplazamiento de las partículas.

• Los sensores A y B, la diferencia de tiempo en este movimiento, que corresponde a una diferencia de fase.

• La diferencia de fase es proporcional a la velocidad del caudal.

Medidor de Corioliso Aplicaciones:

Debido a que la medición de masa no depende de factores físicos como la conductividad, presión, densidad y viscosidad. Tienen aplicaciones muy diversas. Es común verlos en la industria alimentaria (donde importa más medir la masa que volumen) y en la industria farmacéutica y química. Sin embargo, no es recomendable usarlos sobre mezclas con alto contenido gaseoso.

Medidor de Corioliso Instalación:

• Para evitar formación de burbujas se debe evitar colocar después de un codo o en los puntos más altos de la tubería.

• En el caso horizontal el sensor no puede ser instalado suspendido, pues de no ser así puede haber cargas excesivas de material en el área de la conexión.

• La instalación debe asegurar que la dirección de la flecha en el instrumento coincide con la dirección del flujo a través de la cañería.

• En el caso vertical se recomienda que la dirección del flujo sea hacia arriba, pues sólidos se hundirán abajo y gases subirán lejos del tubo de medición.

Ultrasónicos◦ Rango: Varían fuertemente dependiendo del diseño y fabricante.

◦ Principio de Funcionamiento: Efecto Doppler: Requiere de que el fluido contenga partículas que

reflejen la onda sonora y de un dispositivo que emita una onda de frecuencia determinada y de un sensor que determine la frecuencia de la onda reflejada. La velocidad del caudal es proporcional a la diferencia de frecuencias.

Tiempo de Tránsito: consiste en medir la diferencia de tiempo que le toma a dos señales recorrer la misma distancia en direcciones opuestas. La diferencia de tiempo y el conocimiento.

Ultrasónicos◦ Tipos: De acuerdo al diseño existe otras clasificaciones. Se distinguen

3 tipos: fijación externa, inserción y en línea.

◦ Aplicaciones: • En general son versátiles pues miden gases y líquidos.• Los de fijación externa se usan donde se quiera instalar sin

interrumpir el servicio. Además, se utilizan cuando se trabajan con fluidos muy corrosivos.

• En fluidos donde la temperatura se mantenga aproximadamente cte. pues la Tº afecta la medición de la velocidad de las ondas sonoras.

• No aplicar en fluidos de baja propagación acústica (pocos tienen esta característica)

Vortex◦ Rango: En gral puede medir flujos con un Re>4000 (caudales altos).

Los rangos específicos dependen de cada diseño.

◦ Principio de Funcionamiento: Se basa en la formación de vórtices flujo abajo cuando un cuerpo

sólido atraviesa un fluido. La formación alternada de vórtices

genera una diferencia de presión que generalmente son medidas por sensores piezo eléctricos o del tipocapacitivos.

La velocidad del flujo es proporcional a la frecuencia de formación de vórtices o a los cambios de presión.

Vortex◦ Instalación:

Sencilla debido a su estabilidad mecánica y poca sensibilidad a cambios de temperatura, viscosidad y presión.

◦ Aplicación:

Se utiliza ampliamente para la medición de caudales gaseosos y líquidos.

Mecánicos Visuales:◦ Se trata de un cono transparente invertido con una bola plástica en su base. El

fluido al circular impulsa la bola hacia arriba, a mayor caudal más sube la bola. La gravedad hace bajar la bola al detenerse el flujo. El cono tiene unas marcas que indican el caudal.

◦ Generalmente empleado para medir gases en lugares donde se requiere conocer el caudal con poca precisión. Un ejemplo lo podemos ver en los hospitales, unidos de la llave del suministro de oxígeno.

◦ Una modificación de este modelo permite medir la capacidad de pulmonar de una persona que haya sufrido alguna lesión recogiendo una exhalación a través de un adaptador para los labios.

Mecánicos de Molino:◦ Consisten en un molino cuyas aspas están transversales a la circulación

de fluido. El flujo hace girar el molino cuyo eje mueve un contador que acumula lecturas.

◦ Un ejemplo de este uso son los contadores de agua de las viviendas o los antiguos contadores de gas natural.

Diferencial de Tº:◦ Se colocan dos termistores y en el centro de ellos una pequeña

resistencia calentadora. Si ambos termistores leen la misma temperatura el fluido no está circulando. Según aumenta el flujo uno de los termistores lee la temperatura inicial fluido mientras que el otro lee el fluido calentado. Con este sistema no solo se puede leer el caudal, sino que además se sabe el sentido de circulación.

◦ La ventaja de este tipo de Caudalímetro es que se puede conocer la cantidad de masa del fluido que ha circulado y las variaciones de presión en el fluido; afectan poco a la medición.

Desplazamiento positivo:◦ Separan el líquido en porciones que llenan un recipiente mientras se

desplaza. Después cada porción es contada para medir el caudal. Existen muchas variantes de este sistema. De tornillo, de engranajes, pistones, etc

AptoApto con condicionesNo apto

Grupo 1: Diferenciales de presión (orificios, etc)Grupo 2: Otros DP (Pitot, etc.)Grupo 3: Desplazamiento positivoGrupo 4: De turbinaGrupo 5: VortexGrupo 6: ElectromagnéticosGrupo 7: UltrasónicosGrupo 8: CoriolisGrupo 9: TérmicosGrupo 10: Otros

Caudal de disparo: Mínimo caudal que puede detectar el sensor.

Pérdida de presión: La presión a la salida será menor que a la entrada.

Impurezas en el fluido: puede causar la obstrucción del sensor.

Tipo de Fluido: Sus características generales como viscosidad, Tº, acidez, densidad, etc.

Costos: Factores como durabilidad, precisión y cantidad de ejemplares a adquirir, influyen directamente en la decisión.

Son instrumentos que captan la variable, o las variables del proceso en estudio, a través de sensores, y las transmiten a distancia a otro instrumento receptor indicador, registrador, controlador o una combinación de las anteriores.

Para la transmisión de la información se pueden utilizar distintos tipos de señales, las cuales pueden ser neumáticas, electrónicas, digitales, hidráulicas y telemétricas.

Transmisor analógico de equilibrio de fuerzas

Transmisores

Generan señales estándar de 4 a 20 [mA] c.c

Existen también de 1 a 5 [mA], de 10 a 50 [mA] y de 0 a 20[mA] c.c.

Tienen un alcance que va, por lo general, de 200 [m] a 1 [km] dependiendo del transmisor.

Su comunicación es punto a punto, por lo que cada transmisor requiere un par de cobre para transmitir la información al receptor.

Su precisión es de entre ±0,5% y ±1%

Selección de 4 [mA]◦ Elimina el problema de corriente residual en los

circuitos que emplean transistores.

◦ Permite detectar fallas por corte de circuito de comunicación.

◦ Mejora la diferenciación del ruido de transmisión cuando se trabaja en el nivel más bajo.

Selección de corriente continua y rango◦ No hay corrientes parásitas

◦ Disminuye perturbaciones debido a interferencia de otras señales.

◦ Emplea dos hilos para la transmisión.

◦ Interacción directa con instrumentos de medición, indicadores y registros.

Ventajas◦ Instalación y manejo relativamente sencillos.

◦ Buen nivel de señal con bajo ruido.

◦ Componentes económicos.

◦ Sistema de lectura fácil de implementar.

Desventajas◦ Alta sensibilidad a vibraciones.

◦ Precisión baja.

◦ Comunicación punto a punto.

Sistema de transmisión Digital

Red bidireccional que permite la transmisión y envío de información a múltiples instrumentos. Sistema de transmisión distribuido.

Transmite en forma serial.

Conexión a sensores inteligentes, dispositivos de campo, como PLCs, y sistemas de control y registro.

Forma estándar de conectar los dispositivos en la actualidad:Conexiones Ethernet.

Redes en serie, estrella, anillo, doble anillo, rama y arból.

La transmisión mediante un bus de comunicaciones requiere reglas estrictas para la correcta comunicación entre dispositivos.

Familia de protocolos de redes industriales para control y registro distribuidos.

Estandarizados en IEC 61158.

Integra distintas tecnologías de buses de campo y protocolos.

Define especificaciones de la capa física, capa de enlace y de la capa de aplicación.

Protocolos y estándares◦ Fieldbus Foundation◦ DeviceNet◦ ControlNet◦ PROFIBUS◦ MODBUS◦ PROFINET◦ ETHERCAT◦ INTERBUS◦ ETHERNET POWERLINK◦ SERCOS Interface◦ Longwork◦ BITBUS

Varían en la forma del proceso de comunicación.◦ Token Bus◦ Token Passing◦ Token Ring◦ Master/Slave

Capa física, capa de enlace, capa de aplicación.

Velocidad, distancia máxima. Tamaño paquetes de datos.

Protocolo

Nodos Distancia

Baud rate Telegrama

DeviceNet 64 500 [m] 500 [kbits/s] 8 [bytes]

PROFIBUS 127 24 [km] 12 [Mbits/s] 244[bytes]

Interbus 256 (512) 12.8 [km] 500 [kbits/s] 512 [bytes]

Fieldbus 32 9.5 [km] 31.25 [kbits/s] -

ASI 32 100 [m] 5 [seg/ciclo] 4 [bits]

Ventajas◦ Reemplazo completo señales y dispositivos analógicos

por digitales.

◦ Reducción masiva de cables y el ahorro que eso conlleva.

◦ Reducción los costes de mantenimiento de la red.

◦ Flexibilidad en la extensión del sistema de transmisión y comunicación.

◦ Conexión de múltiples y diferentes módulos en el bus.

Ventajas◦ Mejora en la velocidad de transmisión de la

información

◦ Distancia de operación superior al cableado analógico

◦ Puesta en marcha del sistema más rápida.

◦ Posibilidad de conectar dispositivos de distinto origen.

Desventajas◦ Requerimiento de nivel de conocimientos más

elevado debido a la mayor complejidad del sistema.

◦ Costo de los componentes es más elevado.

◦ Mayor coste de instrumentación para diagnóstico y pruebas.

◦ Incompatibilidad de dispositivos.

◦ Posibilidad de predominio de un protocolo.

Tamaño del proceso y de la solución a implementar.

Distancias involucradas en la transmisión.

Velocidad a la que se desea transmitir.

Presupuesto disponible para la implementación.

Interoperabilidad con el equipamiento disponible y/o ya instalado.

Posibilidad de extensión del sistema de transmisión.