7/22/2019 Terminología de los procesos de medición de caudal

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Terminología de los procesos de medición decaudal

 

Escrito por José Carlos Villajulca

23Compartir  La instalación de instrumentos en general, y de caudalímetros en particular, se

 puede llevar a cabo a diferentes niveles. Esta sección define los aspectos másimportantes.

Precisión 

Un término muy común en la medida de caudal es la exactitud. La exactitud sedefine como "la proximidad a la concordancia absoluta entre el valor medido y elvalor real de lo que se mide". La exactitud es, pues, un término cualitativo, y nocuantitativo. Tampoco podemos hablar de exactitud en términos absolutos, sinosiempre de "exactitud relativa a una medición" como expresión estándar de uncalibrado verificable. A veces, se emplea el término "precisión" en lugar del de"exactitud", pero aquél es una medición de repeti-bilidad y no deberían emplearseen este sentido.

La "exactitud" se puede especificar en términos de porcentaje o proporción

respecto de la lectura (% v.1.), o en términos de porcentaje respecto al valor defondo de escala (% v.f.e.). La Figura siguiente ilustra esta diferencia.

Se muestran los resultados de la medición con dos contadores del mismo tipo, unocon una exactitud de 0,5 % respecto al fondo de escala (fabricante A) y el segundocon una exactitud de 1 % del valor de lectura (fabricante B). A medida que elvalor del caudal se reduce, el error en el primer contador se incrementa, mientrasque en el segundo contador (% v.1.) el error se mantiene. En cuanto alfuncionamiento, si la exactitud del contador se expresa en términos del valor defondo de escala, es preciso tener en cuenta el campo de valores de trabajo. Esto es

habitual en las viejas tecnologías, como en los caudalímetros con discos dediafragma o en los caudalímetros de Venturi.

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 Fig.: Exactitud de medición en contadores de caudal 

Repetibilldad

La repetibilidad se define como "la cantidad que caracteriza la capacidad de

un contador de dar indicaciones o respuestas idénticas al repetir una

aplicación con los mismos valores de la cantidad medida en las condiciones de

trabajo establecidas". 

En otras palabras, si un contador presenta una repetibilidad del 0,1% respecto alvalor de lectura, las variaciones en las respuestas al repetir la aplicación nodiferirán en más de 0,1 % si el caudal se man¬tiene constante. No deberíaconfundirse una buena repetibilidad con una buena exactitud. En la Figura se

muestran cuatro casos. En el caso (a) la exactitud es perfecta y todas las lecturasquedan dentro del intervalo especificado (por io tanto, también la repetibilidadesexcelente). 

Fig: Exactitud y repetibilidad 

En el caso (b), una lectura esporádica queda fuera de los límites (una situaciónmás real), pero de nuevo la exactitud es en general buena. En el caso (c)la repetibilidad es excelente, pero todas las lecturas presentan un sesgo respectoal valor correcto, y en el caso (d) la repetibilidad es pobre y la exactitudinaceptable. En resumen, una exactitud buena garan¬tiza una repetibilidad buena,

 pero una repetibilidad buena no garantiza por sí sola una exactitud buena.Linealidad 

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 Los caudalímetros se suelen caracterizar por una linealidad de 0,5 o de 1%. Estosignifica que la desviación de las respuestas del caudalímetro con respecto a unafunción ideal lineal que relaciona el caudal real con los valores de salida indicados

 por el caudalímetro es menor del 1%.

En la Figura siguiente, la gráfica simboliza la linealidad deun caudalímetro expresada como un porcentaje del valor de fondo de escala. Enla medición de caudales se define un coefi¬ciente (GA) que representa el valor desalida como un promedio "ideal" respecto a todo el rango de valores de trabajo(Rt). Análogamente, se define un rango de valores límite (ej. ±1% v.1., línea

 punteada), dentro del cual los valores pueden fluctuar. Ésta es la medida dela linealidad del caudalímetro. téngase en cuenta, sin embargo, que al cambiar elrango de valores de trabajo, los valores de salida pueden presentar sesgo.El coeficiente recomendado (GL) para el rango de valores de trabajo (Ro) estáligeramente por debajo del coeficiente obtenido como promedio sobre todo elrango de valores especificado (GA). A este campo de valores especificado, a

veces se le llama rangeabilidad y es la razón entre los caudales máximo ymínimo.

Fig. Linealidad de un caudalímetro. 

Incertídumbre

La incertídumbre se define como el rango de valores entre los cuales se halla elvalor real con una probabilidad determinada (véase la Fig. abajo). En la mediciónde caudales no es posible medir nada con precisión absoluta (es decir, con un errorde cero) porque el caudal no es nunca estable. Pequeñas perturbaciones en la

 presión y la temperatura afectan a la respuesta del instrumento, que nunca es perfecta, además de multitud de otros efectos externos y de tipo electrónico. 

Un valor de lectura estable en el tiempo y el conceptode incertidumbre constituyen conjuntamente una manera de identificar y combinartodos estos factores, de modo que la variable que se pretende medir quede biendefinida. Obsérvese que el valor cuantitativo de la "exactitud" debería expresarseen términos de incertídumbre. Una buena exactitud es, en el fondo, una bajaincertídumbre, pero siempre existen pequeños errores, tanto de origen aleatoriocomo sistemático. 

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Error 

El error no es más que la diferencia entre el valor de salida del contador y el valorreal del caudal en el instante en que se efectúa la medición. Un 1 % de error en elvalor del caudal (casi siempre expresado como exactitud del 1%) significa que la

salida del contador registra, por ejemplo, 99 l/min cuando el valor real(determinado a partir de un estándar de referencia) es 100 l/min. Dado que, dehecho, el valor real no es nunca conocido, el error es, por definición, una cantidaddesconocida.

Fig. Definición de "Incertídumbre en la medición", x = Valor medio de todos

los valores medidos, f(x) = Frecuencia, o- = Desviación típica.

Factor K de sensibilidad y constante del contador

Para definir la característica de transferencia de un contador con una salida deimpulso lineal o casi lineal se pueden emplear dos parámetros. Se denominan"constante del contador" y "factor K de sensibilidad" respectivamente. Ambos

 parámetros suelen hallarse impresos en la placa de características delcaudalímetro. 

Factor K de sensibil idad  

El factor K de sensibilidad se define como el número de impulsos por unidad dela.magnitud y se determina en el laboratorio. Por otra parte, algunos fabricantesdenotan con la letra K la "constante del contador". Otros, definen la letra K comoel cociente entre la frecuencia de salida y la velocidad del caudal. En cualquiercaso, el lector debe conocer con seguridad el uso exacto del término en cadaaplicación. En muchos casos, la K define también un factor de correccióndeterminado por calibración en el laboratorio. 

Constante del contador  

La constante del contador se define como el cociente entre el volumen real y el

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volumen 

registrado. Al contrario que el factor K de sensibilidad, la constante del contadorse sueledeterminar por calibración en el lugar de trabajo, es decir, mediante aplicacionesde trasiego. En dicho procedimiento se emplea un valor de referencia normalizado

 para el volumen real. Por lo tanto, por definición, una buena constante de contadordebería tener un valor cercano a 1. Un diagrama de control que representegráficamente las variaciones de la constante del contador con el tiempo (gráfica decontrol) indica la estabilidad del contador.Todos estos parámetros de proceso suelen hallarse habitualmente en aplicacionesde trasiego en que se calibra y especifica el sistema de ejecución de un contadorde turbina, de Corioliso de desplazamiento. Así, pues, una especificación de, porejemplo, "100,12 pulsos/litro (±0,1% del valor medido) en un campo de valores de10 a 100 litros/minuto" significa que dicho parámetro se halla entre un valormínimo 100,02 y un valor máximo de 100,22 impulsos/litro.

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Principios de Medición de Flujo: IntroducciónCaudalímetros de presión diferencial 

Escrito por José Carlos Villajulca

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El caudal es la variable que se mide con más frecuencia en la industria hoy en día.Agua, gas natural, vapor, petróleo, sustancias químicas, aguas residuales ycorrientes de proceso son sólo algunos de los fluidos que se miden rutinariamentetodos los días. Las muchas publicaciones periódicas, informes y libros queaparecen anualmente sobre esta materia, son un indicativo de la importancia queha adquirido la medición de caudales.

 No hay una única tecnología que satisfaga todas las múltiples aplicaciones; sedispone, en cambio, de cientos de diseños, basados principalmente en una decenade principios de funciona¬miento. Cada tecnología o diseño presenta sus

 beneficios y ventajas particulares. Tomadas en conjunto, todas estas tecnologíascubren el diverso ámbito de condiciones de funcio¬namiento que se puedan dar encualquier planta de procesos.

La norma BS EN 7405 trata de la clasificación, la selección y las reglas deoptimización de la selección para caudalímetros en sistemas cerrados de tuberías.Esta norma propone 10 grupos básicos que clasifican todas las formas demedición de caudales (véase la tabla). Los números más bajos (columnaizquierda) representan las técnicas más antiguas. Es intere¬sante observar que lastécnicas más antiguas se basan en la extracción de energía del fluido, mientras quelas técnicas más modernas añaden energía al fluido. Hoy en día se tiende alempleo de caudalímetros sin partes móviles, pues abarcan campos de valores demedida más amplios, requieren menores caídas de presión, y - por encima de todosu desgaste es mínimo.

La tabla siguiente añade dos grupos de más que representan los contadores paraaplicaciones con flujos de sólidos y los contadores para aplicaciones en canalesabiertos. Aunque la norma BS EN 7405 no los incluye, en este manual los vamosa tratar.

Clasificación de caudalímetros según la norma BS EN 7405 (Britisfa

Standard) 

Grupo  Descripción Categoría 

(... energía) 1  Contadores de presión

diferencial (PD) extrae 

2  Otros contadores PD (VA,Pitot, etc.) 

extrae 

3  Contadores volumétricos  extrae 4  Contadores de turbina  extrae 

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5  Contadores de vortex  extrae 6  Contadores

electromagnéticos añade 

7  Contadores por ultrasonidos  añade 8  Contadores de caudal

másico de efecto Coriolis

 

añade/extrae 

9  Contadores térmicos  añade 10  Otros tipos  añade/extrae 11  Contadores de ñujos sólidos  añade/extrae 12  Contadores para canal

abierto extrae 

La tabla anterior establece una diferencia entre dos tipos básicos de contadores:

- Los que extraen energía del fluido. - Los que añaden algo al fluido para deducir la velocidad del caudal a partir

de la propiedad añadida. 

Una extracción de energía lleva asociada una caída de presión. La mayoría decontadores pertenecen a esta categoría. Al añadir energía, la caída de presión, si se

 produce, es mínima (distinta que la producida por los efectos de rozamiento). Losmétodos de extracción de energía consisten en colocar en la corriente unestrangulamiento, un cuerpo sólido o un rotor. Éstos convierten la energía

 potencial del fluido en energía cinética que se emplea para decidir la velocidad del

caudal.

En el segundo tipo de métodos (los que añaden energía), la energía puedeintroducirse en forma de flujo magnético (caudalímetro magnético), de ondassonoras (caudalímetro de ultrasonidos), o de calor (caudalímetro térmico paracaudal másico). El fluido reacciona ante ese incremento de energía, y ese cambio

 permite deducir o medir el caudal.

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 Multiples flujometros de diferentes principios de medicion 

Caudalímetros de presión diferencial 

 Nacido en Groningen, Holanda, hace más de 200 años, el científico de familiasuiza Da¬niel Bernoulli (1700-1782) estableció la base teórica para este método aldesarrollar algunos de los principios de circulación de fluidos.

Todos los caudalímetros de presión diferencial, comúnmente llamados"contadores PD", utilizan la diferencia de presión provocada por elementos

 primarios como placas orificio, toberas, tubos Venturi, tubos Pitot, etc. Esta presión diferencial se deriva hacia un paso reducido (no en el tubo Pitot), donde la presión se mide y a partir de ella se puede determina la velocidad del caudal paraun fluido de densidad constante.

El diseño y el cálculo diferencial fueron mejorando a pasos de gigante a medidaque se iban obteniendo nuevos resultados tras décadas de investigación, se

 publicaban descubri¬mientos fundamentales y continuaba el trabajo deestandarización. Los dispositivos de presión diferencial todavía representan unagran proporción de los caudalímetros vendidos en todo en mundo. Disponibles enuna amplia variedad de modelos y tamaños, los caudalímetros de presióndiferencial constituyen en general un medio económico y fiable de medir caudalesde gases, líquidos y vapor. Los dos diseños principales más comunes en lasaplicaciones industriales actuales son de dos tipos:

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- Paso reducido (placas orificio, toberas, tubos Venturi) 

- Tubos Pitot 

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 Principio de medición flujo - por paso reducido:placas orificio, toberas y venturi 

Escrito por José Carlos Villajulca

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Los dispositivos de este tipo (Figura de abajo) conllevan la instalación de algúnelemento que reduzca el paso del fluido en el tramo de tubería. Hay de tres tipos,todos ellos detallados en normas y códigos prácticos ratificados (ISO 5167-1 / Al,AGA, ASME / L.H. Spink):

- Placa de orificios 

- Toberas 

- Tubos / toberas Venturi 

Estos diseños abarcan un amplio espectro de requisitos de funcionamiento y seadaptan con facilidad a las diversas condiciones de proceso. Las diferencias entreellos se cuentan en términos de la pérdidas de carga, tramos rectos de entrada ysalida, costes y gastos generales de instalación y mantenimiento.

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 Fig. 22: Principio de medición de los caudalímetros de tipo paso 

reducido (placa de orificio como ejemplo). 

La Figura anterior muestra los efectos que causa en el flujo un paso reducido de latubería, en este caso con una placa orificio crea un paso estrecho (d). Según laecuación de Bernoulli, la velocidad del fluido aumenta de v1 en la tubería generala v2 en el paso estrecho. En consecuencia, la presión dinámica (Pdin) aumenta yla presión estática (Pestat) disminuye en la relación correspondiente a lasdiferentes velocidades del fluido.

La caída de presión provocada de este modo se suele denominar comúnmente"presión diferencial" (Ap = Pdin - Pestad). Esta presión diferencial en función dela velocidad del fluido principal es una medida directa del caudal que circula porla tu bería. Dos tubos capilares comunican la presión diferencial al transmisor,donde la medición se procesa y se convierte a las señales de salidacorrespondientes.

Si se combina la ecuación de Bernoulli con otras y se aplican los correspondientescoeficientes empíricos de corrección, se obtiene una única fórmula para calcular elcaudal másico (Qm) o el caudal volumétrico (Qv):

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Símbolos (de la ecuación del caudal y la anterior):

La ecuación anterior ha de ser ligeramente modificada si se quieren medir gases o

fluidos compresibles. Al contrario que los líquidos, cuando se intenta hacer pasarun gas por un paso estrecho, se produce un cambio de densidad además de uncambio de presión. Puesto que el caudal másico debe permanecer constante, lavelocidad en el paso estrecho v2 debe incrementarse; luego v2 es función de ladensidad y la sección transversal. Dicho aumento de la velocidad en el pasoestrecho es a expensas de la energía potencial (presión) y de la energía interna(temperatura) del gas. Por lo tanto, un gas que pase a altas velocidades por un

 pequeño diafragma experimenta tanto un cambio de presión como detem¬peratura. Las normas ISO 5167 o AGA 3 explican con detalle este fenómeno.

La descripción de los coeficientes empleados para el cálculo de las expresionesanteriores se pueden hallar en las correspondientes normas de aplicación. Estoscoeficientes dependen de diversos factores como, por ejemplo, la razón de losdiámetros β (beta), las características particulares del tipo elemento primario, el

número de Reynolds, etc.

Pérdidas de carga: 

El fluido recupera su velocidad original aguas abajo del paso estrecho. El excesode presión dinámica se reconvierte casi por completo en presión estática. La

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 pérdida de carga residual (véase la Figura siguiente) depende de la razón entre losdiámetros β(beta) y, en consecuencia, de la geometría particular del

estrechamiento. Esta pérdida de carga (Δω), sin embargo, es con¬siderablementeinferior a la presión diferencial Δp. 

Fig. 23: Pérdida de presión residual (Δω) con elementos primarios con

orificio. 

a = Placa orificio / tobera normal, b = Tobera, c = Tubo Venturí / boquilla

Venturi, d = Tubo de Pitot 

Campo de medida de caudal operativo: 

En términos generales podemos afirmar que los medidores de presión diferencial permiten medir caudales de "cero en adelante". La incertidumbre tiende a sersuperior en el extremo inferior del campo de medida por la raíz cuadrada queaparece en la expresión del cálculo del caudal. El aumento en la incertidumbre deltransmisor de presión diferencial es cuadrático. La razón entre los valores decaudal máximo (qmax) y el caudal rnínimo (qmin) se conoce como rangeabilidado "turndown". Por caudal mínimo se suele entender el cau¬dal más bajo que

 puede ser medido con una exactitud específica. Los valores típicos derangeabilidad (turndown) en la mayoría de aplicaciones se hallan comprendidosentre 3:1 y 6:1.

La rangeabilidad se puede ampliar significativamente si se conecta en paralelo unsegundo transmisor de presión diferencial con una rangeabilidad más reducida.Por ejemplo, una configuración de transmisores como la que se muestra en iaFigura a continuación basta para ampliar la rangeabilidad (turndown) hasta unvalor de 36:1.

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 Fig. 24: Rangeabilidad de la medición mediante elemento primario por paso

reducido (placa orificio). De una rangeabilidad de 6:1 se pasa a una de 36:1 

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 Diseños de los elementos primarios de losFlujometros por estrechamiento: placas orificio

 

Escrito por José Carlos Villajulca

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El empleo de placas orificio  para medir caudales de gas y vapor ha sido una práctica habitual. Las placas orificio son eficientes y se usan en particular paramedir caudales de gas y vapor, pero también se pueden utilizar con líquidos. Hayuna amplia variedad de modelos de placas orificio (véase la Fig. siguiente); todosellos están descritos en las normas del estándar de aplicación correspondientes. Elcampo de aplicación incluye desde modelos con toma de paso angular simple o

doble (a, b), hasta dispositivos con toma entre bridas y entre tuberías (c, f), muyhabituales en los EE.UU., o tramos de medición compactos (d). Otros diseños

han evolucionado para cubrir necesidades específicas. Entre éstos podemosmencionar dispositivos con geometrías de cuarto de círculo segmental, en placaexcéntrica y otras geometrías especiales. Algunos de estos diseños son menossensibles a la viscosidad, otros permiten rangeabilidades más amplias y algunosestán pensados para fluidos con partículas o "procesos sucios".

La presión se detecta en tubos o ranuras anulares aguas arriba y aguas abajo deldiafragma. Esta variedad de diseños se corresponde con la diversidad de opcionesde instalación, materiales y áreas de aplicación.

Ventajas: ■ Diseño simple y robusto■  Norma estándar de ámbito mundial desde hace más de 60 años, según ISO5167-1 /A1, AGA, ASME (L.H. Spink)■ Amplia variedad de materiales (acero, PVDF, Teflón, etc.) para aplicacionesmuy diversas■ Diámetros nominales estándares disponibles desde DN 10 hasta 1.000 (1/2 a40")■ Inversión inicial baja (dependiendo del modelo)

Inconvenientes: ■ Mayor pérdida de carga que en las toberas y tubos Venturi.■ De desgaste comparativamente fácil, y por tanto, distorsión de la medición si laabrasión o las deposiciones afectan a la g eometría del diafragma.■  Los costes de instalación y mantenimiento se incrementan si se incluyen lainstalación de capilares y las válvulas asociadas (excepto para los contadorescompactos como "Deltatop" de E+H).Los modelos de placa orificio más importantes se describen brevemente acontinuación (Fig. abajo):

Modelo de toma rasante en una pieza (según DIN 19205 Parte I):  

La presión se detecta con tomas colocadas inmediatamente antes y después del

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disco diafragma. Este modelo está diseñado para ser instalado entre dos bridas. Lanorma estándar describe los modelos para diámetros nominales entre DN 50 y2.000 (2 a 80") y presiones nominales entre PN 1 y 400 (14 a 5.800 psi).

Modelo de toma rasante en dos piezas (según D IN 19205 Parte I) :

La presión se detecta en ranuras anulares aguas arriba y aguas abajo del disco dedia¬fragma. Esta configuración asegura un promedio más preciso de la presióndiferencial por toda la sección transversal de la tubería.

Modelo con tomas en br ida (según I SO 5167):  La ventaja de este diseño es que los tramos rectos de entrada y salida estánintegrados en una única unidad mecánica y todos los componentes vienen yaensamblados en una configuración de precisión. Este "tramo de medicióncompacto" se emplea principalmente para diámetros nominales de DN 10 a 50(1/2 a 2").

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 Fig. : Modelos de placa, orificio: 

a = Placa orificio (según DIN 19205 Parte 1) b = Placa orificio (según DIN 19205 Parte 1)c = Modelo con toma en brida (según ISO 5167)d = Tramo de medición compacto con tomas en brida (según ISO 5167)e = Placa orificio para inserción entre dos bridas (según ISO 5167)f = Modelo con tomas en tubería a distancia DyD/2 (según ISO 5167)

Modelo con toma en br ida (según I SO 5167)  Este modelo utiliza las bridas de las tuberías adyacentes aguas arriba y aguasabajo del diafragma. Según la norma ISO 5167, las tomas están ubicadas a 25 mm(1") aguas arriba del disco y a 25 mm (1") aguas abajo en las respectivas seccionestransversales. Este modelo facilita el reemplazo de la placa orificio, lo cual

 posibilita insertar con facilidad placas orificio de distintos diámetros (d) e

incrementar así el campo de valores de medida del caudal.

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Susti tución del di sco de diafragma (según I SO 5167):  Este tipo de disco de diafragma se instala entre dos bridas existentes. El diámetroexterior tiene un tamaño adecuado para asegurar que los tornillos de fijaciónmantienen el disco perfectamente centrado. El operario deberá perforar losorificios para las tomas de presión de acuerdo con la norma estándar empleada.

Ésta define tres ubicaciones posibles distintas para las tomas de presión:■ Toma rasante■ Toma en brida■ Tomas a distancia D y D/2: Las tomas se sitúan a una distancia bien definidaantes y después del diafragma. El operario deberá perforar los orificios para lastomas de presión; éstos deben ser perpendiculares al eje de la tubería y estar libresde rebabas.

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 Diseños de Flujometros: Tubos Venturi y TubosPitot

 

Escrito por José Carlos Villajulca

9 Compartir  Tubos / toberas Venturi se emplean principalmente para medir caudales delíquidos, por ejemplo en sistemas de distribución de agua, o de biogases

 procedentes de plantas de tratamiento de aguas residuales. Estos elementos primarios originan pérdidas de carga mucho menores que las placas orificio otoberas, por lo que requieren menor presión de bombeo. Sin embargo, suincertidumbre es ligeramente superior que con las placas orificio por las presionesdiferenciales inferiores que suelen involucrar. Los tubos Venturi y las toberasVenturi disponen de un difusor de salida divergente que constantemente reduce lavelocidad del fluido mientras la presión aumenta.

Fig. Modelo tobera Venturi (arriba) y modelo tubo Venturi (abajo). 

Ventajas:  

- Pérdidas de carga menores que con las placas orificio

- Resistente al desgaste interno

- Menos sensibles a las perturbaciones originadas aguas arriba

- Buena ejecución para valores de |3 elevados y para tamaños grandes

I nconvenientes:  

Las desventajas respecto a las placas orificio son:

- Mayores longitudes en general 

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- Costes de instalación y mantenimiento superiores 

- Los diámetros nominales grandes presentan problemas de manejo (un mayor peso muerto en el transporte) 

Las toberas son un buen compromiso entre los tubos Venturi y las placas orificio porque combinan un diseño compacto con unas pérdidas de. presiónrazonablemente bajas. Hay de dos tipos toberas según ISA 1932 y toberas de radiolargo según ISO 5167-1/A1 (Figura siguiente). 

Por su sección de entrada redondeada con radio, las toberas pueden tolerarvelocidades de circulación del fluido muy altas y también resultan una buenaelección para fluidos abrasivos. La presión diferencial es inferior que en las placasorificio, y en consecuencia, las pérdidas de presión también, pero la incertidumbreen la medición es ligeramente superior. 

La presión se detecta en tubos o ranuras anulares, de modo muy parecido al casode las placas orificio. 

Fig. Modelos de tobera. Izquierda: tobera ISA 1932. Derecha: tobera deradio largo ISO 5167-1/A1 

Principio de medición - Tubos Pitot 

Los tubos Pitot también se basan en diferencias de presión. El tubo de Pitot seinstala en tuberías transversalmente a la dirección de circulación del fluido o en

conductos de sección rectangular. 

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El elemento medidor, un detector en forma de varilla, tiene uno o variashendiduras en la parte anterior y en la posterior, conectadas a un transmisor de

 presiones diferenciales por dos canales independientes. 

Las hendiduras en la parte anterior registran la carga total de presión (= presióndinámica más presión estática). Las hendiduras en la parte posterior sólo detectanla presión estática. En consecuencia, la presión diferencial entre la parte anterior yla parte posterior corresponde a la presión dinámica en la tubería, de donde se

 puede calcular el caudal directamente a partir de las ecuaciones previamentediscutidas. El detector atraviesa todo el diámetro de la tubería y las hendidurasestán distribuidas de tal modo que registren un promedio representativo de lavelocidad del fluido. Esto no significa, sin embargo, que estos detectores seantotalmente inmunes a los efectos derivados del perfil de velocidades y lasturbulencias. Los tubos Pitot originan una pequeña presión diferencial que los

transmisores de presión diferencial modernos son capaces de detectar con un altogrado de exactitud. En consecuencia, el empleo de tubos Pitot va siendo cada vezmás habitual. 

Fig.: El principio de medición de los tubos Pitot (modelo de puerto múltiple). 

Las ecuaciones para el cálculo del caudal másico (Qm) y el caudal volumétrico(Qv) se pueden escribir de manera simplificada: 

Símbolos (de la ecuación del flujo y la Figura anterior): 

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El parámetro K depende de las características de diseño del detector y deldiámetro interior de la tubería. El valor de este parámetro se obtiene por métodosempíricos mediante un proceso de calibración. 

Las pérdidas de carga en los tubos Pitot son significativamente inferiores que enlos métodos por estrechamiento, en particular, en tuberías de diámetro muygrande. No obstante, los efectos debidos al perfil de velocidades y las turbulencias

 pueden ser más significativos para diámetro mayores de 1.000 mm (40"). El efectodel desgaste en la exactitud de la medición es totalmente despreciable (<1,5%v.1.). 

Figura: Tubo de Pitot "Deltatop" de E+H. 

Henry Pitot (1695-1771) describió este método de medición por primera vez en1732 y lo empleó para determinar la velocidad de navegación de navios. Hoy endía, cualquier aeronave dispone de dos o más tubos Pitot para medir la velocidaddel aire. 

Ludwig Prandtl (1875-1953) combinó el tubo de Pitot con una toma de presiónestática. Los sensores que se basan en estos principios tienen hasta cuatro de estostubos Prandtl dispuestos por toda la sección transversal de la tubería (modelo de

 puerto múltiple). Los tubos Pitoty Prandtl son de uso generalizado en laboratoriosy son además una elección habitual en mediciones temporales de velocidades

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 puntuales de fluidos en sistemas de tuberías para averiguar velocidades de fluidorelativas. 

Fíg : Principio de medición de un tubo de Pitot (A) y un tubo de Prandtl (B). 

pdin = Presión dinámica, pestat = Presión estática, ptot = Presión total 

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 Sistemas de medición de flujo- caudal porDiferencial de Presion DP  

Escrito por José Carlos Villajulca

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Un sistema completo de medición de presiones diferenciales consta de diversoscomponentes (Fíg. siguiente):

- Elemento principal (a) - Un paso estrecho o un tubo de Pitot

- Válvulas de cierre (b)

- Capilares (c) para transmitir las presiones medidas

- Manifold (d)

- Transmisor de presiones diferenciales (e), incluida la fuente de alimentación

- Cámara de condensación (f) en sistemas de vapor

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 Fig 1. Sistemas típicos para medidores PD. 

A = para líquidos, B = para vapor, C = para gas, a = Elemento principal (p.ej. placa orificio o tubo de Pitot), b = Válvulas de cierre, c = capilares, d = Manifold,

e = transmisor de presiones diferenciales (incluida la fuente de alimentación), f=Cámara de condensación o pote de condensado

Los capilares (c) conectan el elemento primario (a) con el transmisor de presióndiferencial (e). La disposición varía según el diseño del equipo, la aplicación y eltipo de fluido. Los capilares también alcanza a las válvulas de corte, (b) detrás delas tomas de presión y al Manifold (d). El Manifold mantiene el transmisor aisladoy a presión diferencial cero en condiciones de proceso. El transmisor de presión

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diferencial puede ser reemplazado sin necesidad de interrumpir el proceso.

Los sistemas con capilares son esenciales en aplicaciones con temperaturas de proceso altas (p.ej. >300°C /570 °F) para que el calor excesivo no perjudique laelectrónica del transmisor. Para temperaturas inferiores a los 300 °C (570 °F),E+H ofrece el sistema de medición "Deltatop", con capilares integrados, asimismo Invensys Foxboro nos provee de sistemas de medicion por diferencial de

 presión. (Fig. adelante).

Foto: "Deltatop" de E+H. Se observa claramente la placa orificio (abajo), el

Manifold (centro) y el transmisor de presión diferencial (arriba).

Diferentes tipos de Diferencial de Presión Invensys Foxboro

Fig. : Modelos de un sistema con placas orificio. 

Configuración de instalación para líquidos (Fig.1 / A): 

El transmisor de presión diferencial está situado en la parte inferior del elemento

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 primario o tubería principal. De este modo, los capilares están siempre en contactocon el líquido y las burbujas de gas pueden escaparse hacia la tubería de proceso.Las tomas de presión están situadas generalmente en el tercio inferior de la tubería

 para minimizar el riesgo de formación de burbujas, que podrían inclusointroducirse en los capilares.

Configuración de instalación para vapor (Fig. 1 / B): 

El transmisor de presión diferencial está situado en la parte inferior del elemento primario o tubería principal. Así, los capilares están siempre en contacto con ellíquido y las burbujas de gas pueden escaparse hacia la tubería de proceso. Lacondensación se produce constantemente en las cámaras de condensación. Lacondensación excesiva regresa a la tubería de proceso y se vuelve a evaporar. Lascámaras de condensación garantizan una altura hi-drostática del líquido constanteen ambos capilares, que deben ser exactamente de la misma longitud para eliminarefectos sesgos por efecto de la presión estática en el diafragma del transmisor.

Configuración de instalación para gases (Fig. A / C): 

El transmisor de presión diferencial está situado en la parte superior del elemento primario o tubería principal. Con ello se evita que entre humedad o que precipiteen los capilares y éstos se mantienen secas. Las gotas de humedad condensada se

deslizan hacia abajo por la tubería de proceso.

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 Ventajas e Inconvenientes de medidores deFlujo o Caudal y algunas Aplicaciones

 

Escrito por José Carlos Villajulca

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Ya se han comentado los pros y contras que presentan los distintos elementos básicos. Pero además es conveniente tener en cuenta otras característicasgenerales:

Ventaj as generales de los medidor es PD considerados:  

- Son universalmente aptos para aplicaciones que involucren líquidos, gases yvapor.

- Resultan un método excelente incluso en condiciones de proceso extremas (hasta400 bar/ 5.800 psi y hasta 1.000 °C / 1.800 °F).

- Permiten sustituir los transmisores de presión diferencial durante el proceso sinnecesidad de parar el equipo.

- Sus elementos básicos son robustos porque son enteramente mecánicos y sin partes móviles.

I nconveni entes generales de los contadores PD considerados:  

- Son adecuados para fluidos de baja viscosidad hasta 50 mPas, excepto si seemplean modelos de placa orificio especiales.

- En medición de gases, las condiciones de proceso (presión, temperatura) debenser lo más estables posible. Si no es posible alcanzar esta situación, un ordenador

 puede utilizar las mediciones de temperatura y presión locales para compensar las

señales de medición del caudal en las variaciones de proceso.- No son posibles ciclos de procesamiento por lotes cortos (de menos de 1minuto).

- El sistema de medición en las versiones remotas puede requerir válvulas ycapilares. Las configuraciones compactas (Fig. siguiente), por el contrario,reducen el gasto de instalación.

Ventaj as específicas de las placas ori f icio, l as toberas y los tubos Ventu r i:  

- El método ha sido utilizado durante muchos años y está bien aceptado.

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- Son métodos estándar de ámbito mundial.

- Admiten la gama más grande de diámetros nominales.

- La relación ß puede ser optimizada para obtener una señal máxima con una pérdida de presión permanente mínima.

- Los métodos de cálculo son estandarizados y no es necesaria una calibración para cada ñuido.

- Con placas orificio, el incremento de los precios con el tamaño (DN > 300/12")es marginal.

- No poseen partes móviles.

I nconveni entes específicos de las placas orif icio, l as toberas y los tubos Ventur i:  

- El estándar no cubre los diámetros inferiores a DN 50 (2").- Son sensibles a las variaciones en el perfil de velocidades y a las turbulencias.

- No son aptos para aplicaciones higiénicas.

Ventajas específicas de los tubos Pitot :  

- Método económico de medición de caudal, incluso en diámetros de tuberíagrandes.

- El método ha sido utilizado durante muchos años.- Los diámetros nominales de DN 25 hasta 2.000 (1 hasta 80") se hallan comoestándares. Longitudes especiales hasta 12 metros (40 pies).

- También,adecuado para conductos de sección rectangular.

- Fáciles de instalar (y pueden montarse a posteriori).

- Las pérdidas de carga son bajas en comparación con las placas orificio.

- Se pueden emplear tipos transversales para comprobar distorsiones en el perfilde velocidades.

I nconvenientes específicos de los tubos Pitot:  

- La exactitud no es tan buena como,la de las placas orificio.

- No son aptos para aplicaciones higiénicas.

- Un alineamiento correcto es fundamental.

Aplicaciones generales 

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Los medidores de presión diferencial se pueden emplear para medir una ampliagama de caudales, tanto en líquidos como en gases o vapor. La gran cantidad dedatos empíricos ha sido incorporada a numerosos estándares. En consecuencia,este método de medición se acepta en la mayoría de países y está ampliamentedifundido. La medición de vapor y gases condensados a altas temperaturas en

sistemas secundarios continúa siendo su principal área de aplicación.

Los tubos Pitot son una alternativa viable a las placas orificio en situaciones enque las pérdidas de presión deban mantenerse en el nivel más bajo posible, o enaplicaciones con diámetros nominales grandes. Los ejemplos que se muestran acontinuación representan dispositivos en uso para medición del caudal de un gascondensado, agua caliente y sistemas de refrigeración.

Fig. 33: Medición de un gas condensado con un tubo de Pitot Foto:

"Deltatop" de E+H. 

Cir culación de vapor condensado  - medición con un tubo Pitot (Fig. anterior): Eneste ejemplo se observa un dispositivo para medir el caudal de retorno de gascondensado en una tubería. El tubo de Pitot sólo provoca pérdidas de cargamenores y se ha vuelto a montar en la tubería original.

Sistemas de agua cali ente  - medición con una placa orificio (Fig. siguiente): Porrazones de seguridad, en este sistema se han instalado dos válvulas de corte encada una de los capilares. También se han instalado calorifugado que impide quelos capilares estén en contacto con las partes calientes. Los capilares conectan en

 bajada con el transmisor de presión diferencial (Deltaset PMD75 de E+H). Elmanifold de cinco válvulas del transmisor de presión diferencial tiene variasfunciones, entre las que se incluyen preparar el equipo y mantenerlo a presióndiferencial cero y aislado.

Sistemas de refr igeración  - medición con placas orificio (Fig. siguiente): La placaorificio de dos piezas (Deltaset DP051 de E+H) con diseño dé toma de pasoangular con ranura anular se ha instalado en una tubería vertical de DN 150 (6").

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Esta aplicación dispone también de un colector de cinco válvulas.

Fig. Placas orificio en uso 

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Preguntas frecuentes de diseño decaudalímetros o flujómetros de presióndiferencial

 

Escrito por José Carlos Villajulca

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Quétipo de fluidos se pueden medir con l os medidores PD?  

Líquidos, gases y vapor.

Cuál es el caudal mínimo de diseño?  

Al 100% del caudal (valor de fondo de escala), la presión diferencial calculadadebería ser mayor de 1 mbar. También hay las limitaciones impuestas por elnúmero de Reynolds. Para tomas en brida, el Re mínimo es 8.000, para tomas de

 paso angular es 5.000 y para tomas en tubería es 14.000. Algunos diseñosalcanzan valores aún menores, como por ejemplo, las placas orificio desegméntales y de cuarto de círculo. El número de Reynolds para los tubos Venturies 20.000, para tubos Pitot es 10.000, y para toberas, 80.000. A caudal mínimodebería alcanzarse por lo menos una presión diferencial de 0,5 mbar; en caso

contrario, los errores de sesgo, los factores de instalación, etc., podrían adquiriruna gran influencia.

Cuál es el caudal máximo de diseño?  

El límite superior viene determinado por el número de Reynolds. La normaaceptada establece los Kmites superiores para distintos modelos; por ejemplo, 2 x106 para los tubos Venturi, 108 para placas orificio y 107 para toberas. El

software "Applicator" para selección y configuración de E+H, por ejemplo, lanzaun aviso si la velocidad del fluido es superior a 12 m/s (40 pies/s) para líquidos o60 m/s (197 pies/s) para gases o vapor. Estos valores se pueden sobrepasar enalgunos casos, pero en estas circunstancias es muy importante asegurarse de queno haya cavitación.

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 Vista Gráfica del software Applicaton 

Quécomponentes forman un sistema de medición completo?  

Un punto de medición completo instalado cerca de un elemento reductor del pasoconsta de los componentes siguientes: el elemento primario, las válvulas de corte,los capilares, un manifold y un transmisor de presión diferencial. La configuraciónde una línea de vapor incluye además cámaras (o potes) de condensación.

Dónde deben instalarse los transmisores depresión di ferencial?  

El transmisor de presión diferencial siempre tiene que estar instalado en una

 posición para la cual los capilares detecten siempre seco o siempre presencia delíquido, según el tipo de aplicación (véase las Figuras del articulo anterior).

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Quéhacer si se producen fuertes vibraciones?  

Las vibraciones de ia tubería no afectan a los medidores de tubo Pitot ni a los de placa orificio porque las líneas de señal eléctricas y el transmisor del sistema detuberías son sistemas desacoplados.

Cómo afectan la temperatura y la presión a las mediciones?  

En general, los efectos son despreciables para el caso de los líquidos, aunquedejan de serlo si la presión y la temperatura provocan un cambio en la densidaddel fluido. La densidad en gases y vapores es una propiedad que cambia con latemperatura. Sin embargo, con un ordenador se pueden compensar los efectos dela temperatura. También es importante tener en cuenta la composición del gas, siel fluido que se pretende medir es una mezcla.

Cómo afectan los sedimentos y los desperfectos en las placas orif icio y l ostubos y toberas Ventur i?  

Pueden ser la causa de valores de medición erróneamente altos o bajos. Los bordes de un disco de placa orificio han de ser cortantes, y la rugosidad de lasuperficie en los tubos y toberas Venturi constante (como estipula la norma ISO5167).

Cómo inf luye un caudal pul sante en los medidores de presión dif erencial?  

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Las pulsaciones de caudal pueden dar lugar a valores de medición erróneamentealtos en todos los medidores de presión. El error de medición real depende de laamplitud y la frecuencia de las pulsaciones. Al aumentar éstos, los valoresobtenidos en la medición resultan excesivamente altos. Esto es debido a la

relación no lineal entre el caudal y la presión diferencial creada por elcaudalímetro (ecuación de Bernoulli). Si el caudal es pulsante, hay que reducir laamplitud de las pulsaciones con atenuadores o capilares largos en las

 proximidades del punto de medición.

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Caudalímetros de sección variable: rotametros,sencillos pero confiables

 

Escrito por José Carlos Villajulca

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Principio de medición 

Un caudalímetro de sección variable es un instrumento relativamente simple yeficaz para la medición de caudales de gases y fluidos. El dispositivo consiste enun tubo vertical graduado hacia arriba en cuyo interior hay un flotador de vidrio ometal en suspensión en él fluido, que entra desde abajo. La fuerza que ejerce elfluido sobre el flotador depende de la densidad, la viscosidad y la velocidad delfluido.

Modelos Industriales de flujometros de area variable 

Cuanto mayor es la velocidad del caudal y, por lo tanto, la fuerza que desarrolla,más alto flotará el flotador en el interior del tubo graduado. El espacio que queda

entre el flotador y la pared del tubo se ensancha a medida que el flotador se muevehacia arriba, hasta que las fuerzas que actúan sobre el flotador se equilibran y elflotador permanece suspendido a una altura constante (Fig. siguiente).

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Fig.: Principio de medición de los caudalímetros de sección variable. 

El caudal volumétrico (Qv) se calcula a partir de la expresión siguiente:

Al introducir el coeficiente de flujo

, la expresión para el caudal Qv queda finalmente:

Los caudalímetros de sección variable obedecen al mismo fenómeno físico que loscaudalímetros de presión diferencial. Sin embargo, los principios de medición enque se basan ambos üpos de contadores son opuestos. En los contadores de

 presión diferencial el área es constante y una variación en la presión diferencialindica una variación en la velocidad del caudal. En los contadores de sección

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variable, por el contrario, la presión diferencial que experimenta en flotador esconstante y una variación en la sección transversal (la posición del flotador dentrodel tubo) indica un cambio en la velocidad del fluido.

Si el tubo es de vidrio, cumple en sí mismo la función de mirilla y permite leer elcaudal directamente. Siempre y cuando, por supuesto, el fluido sea transparente,

 pues en caso contrario el flotador no es visible.

Si el tubo es metálico, la posición del flotador puede ser transmitida por mediosmagnéticos a una escala en el exterior del tubo o bien detectada por inducciónmagnética y convertida en señal eléctrica.

Algunos caudalímetros de sección variable también incorporan conmutadores denivel integrados o salida analógica para conexión a un indicador de caudal.

Además de los contadores de tubo de vidrio graduado habituales en multitud deaplicaciones, todos los tipo de unidades se pueden encontrar también en materialesaltamente resistentes para condicio-nes de proceso duras. El abanicoconvencional de materiales para el tubo de medición (y del revestimiento interior)incluyen acero, acero inoxidable, plástico (PP, PTFE), vidrio y goma dura. Loscontadores de sección variable de alto nivel van equipados con micropro-cesadores y pueden manejarse desde indicadores / teclados especiales.

Modelos de flotador 

El flotador ha de mantenerse correctamente centrado en el tubo de medición, encaso contrario el caudalímetro no dará una lectura correcta. Con este propósito, enel interior del tubo existen unas guías, o bien la cabeza del flotador está estriada detal modo que la circulación del fluido le obliga a girar para mantener suestabilidad inherente. Por este motivo, este tipo de caudalímetro también seconoce con el nombre de Rotameter. Los múltiples modelos de flotador y formasde los tubos de medición permiten adaptar el campo de valores de medida a lasdiversas condiciones de proceso (Fig. abajo):

- Se puede elegir un modelo y una forma específicos de flotador que tenga encuenta los efectos de la viscosidad del fluido en la lectura. Se dispone de unaamplia variedad de materiales para el flotador, pues la densidad de estecomponente permite determinar el campo de valores de medida del sistema: aceroinoxidable, tantalio, vidrio, zafiro sintético, plástico (PE, PTFE, goma dura, PVC),metal monel y níquel, además de aleaciones especiales.

- La sonda de toma de presión en el tubo de medición linealiza el movimiento delflotador. El escalado depende del tipo de fluido y de los datos del proceso, por loque dicha información se muestra en la escala. Si las condiciones de trabajo del

caudalímetro cambian, dentro de unos límites es posible volver a ajustar o calcularla escala para que se adapte a la nueva situación.

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Fig.: Modelos de flotador 

a = F lotador giratorio (de lectura directa y como indicador en tubos de vidr io).Las estrías en ángulo causan el gi ro, b = F lotador insensible a la viscosidad,

c = Rotador diseñado para ampl iar el campo de valores de medida en un +30%(pero sensibl e a los  

efectos de la viscosidad). 

Ventajas e inconvenientes 

Ventajas:  

Para aplicaciones de líquidos, gases o vapor.

- Método de medición del caudal de bajo coste por su diseño simple.

- No requiere fuente de alimentación.

- Los dispositivos con mirilla permiten una supervisión a pie de instalación, fácil yfiable del proceso y del caudal.

- Pérdidas de carga bajas.

I nconvenientes:  

- La exactitud de la medición depende de las condiciones de proceso y de las propiedades del fluido.

- Requiere calibración específica para cada fluido.

- Campo reducido limitado (máx. 10:1).

- Sensible a la intrusión de materiales; no adecuado para líquidos que transportensólidos. a Sólo apto para fluidos de baja densidad.

- No dispone de función de totalización.

- El caudalímetro ha de instalarse en una tubería vertical (circulación de abajoarriba), en otro caso podría no funcionar correctamente.

Aplicaciones 

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Por su bajo coste, los dispositivos de sección variable se hallan entre los tipos decaudalímetros más frecuentemente empleados en la industria, por ejemplo, comosimples controladores de caudal. Los más populares son los diseños simples contubo de vidrio ahusado y escala directamente legible (mirilla). Estos contadores

tienen un precio ajustado, constituyen un modo simple de indicar la velocidad delcaudal, y presentan la ventaja añadida de no. necesitar alimentación eléctrica. El

 principio es completamente adecuado para medir caudales de volumen mínimos. No hay modelos de este tipo disponibles para tamaños de tubería por encima delos 250 mm (10").

Control de caudal:  

Cuando van equipados con conmutadores de límite de nivel, los contadores desección variable se consideran como "controladores de caudal" fáciles de instalar,adecuados para casi cualquier ámbito. A menudo, este tipo de contadoresdemuestra ser una de las pocas soluciones para aplicaciones de poco caudal.

Control manual del caudal:  

En muchos casos, los caudalímetros de sección variable presentan otra ventajafundamental. La válvula manual integrada en su base permite controlarmanualmente el caudal (Fig. abajo). Este es el modo más rendible de controlar

 procesos en aplicaciones sencillas no automatizadas.

I ndicación del caudal:  

Los contadores con indicador local (mirillas) están bien equipados paía observar yajustar el caudal en un sistema de un vistazo. Los contadores de área variable amenudo no necesitan alimentación eléctrica y se suelen emplear en plantas

químicas, instalados por ejemplo junto con otros contadores y equipos deinstrumentación electrónicos más sofisticados, como control de emergencia encaso de fallos en el suministro eléctrico. Y en muchas plantas de suministro deagua, las sustancias químicas se añaden a partir de las lecturas visuales tomadas ensimples caudalímetros de sección variable.

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 Fig.: Caudalímetros de sección variable para control de proceso (control de

caudal). 

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 Preguntas frecuentes de diseño decaudalímetros de área variable

 

Escrito por José Carlos Villajulca

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¿Las propiedades del fluido afectan al resultado de la medición? 

Los parámetros del fluido deben estar bien definidos y ser constantes, de locontrario no es posible efectuar mediciones con exactitud. Cualquier desviaciónde las condiciones del modelo original relativas a la densidad o la viscosidad delfluido añadirán un cierto error, a menos que la escala se ajuste convenientemente.Algunos modelos reducen los errores debidos a la viscosidad del fluido.

¿Qué factores deben tenerse en cuenta al trabajar confluidos corrosivos? 

Los caudalímetros de sección variable se pueden fabricar con materiales de altaresistencia. Sin embargo, si el tubo ahusado hecho de vidrio o plástico

transparente no es resistente a la corrosión, no es posible tener una lectura visualdirecta. En estos casos, cualquier caudalímetro metálico con escalas de lecturaindirecta son una alternativa viable.

¿Cómo se define la exactitud de una medida? 

El error de una medida se da siempre como un porcentaje del valor de fondo deescala (% v.f.e.). Cada fabricante de contadores ofrece exactitudes distintas, todas

ellas estandarizadas. El error límite para los contadores de alta precisión está entorno a 0,5% v.f.e., mientras que un valor en torno a 5% v.f.e. no es inusual paracontadores simples de plástico con escala en el tubo ahusado. Los contadores dealto nivel van provistos de un historial de calibración. La calibración húmeda

 puede reducir la incertidumbre. en la medición, sobre todo en el extremo inferiordel campo de valores de medida.

¿Este tipo de contadores puede generar señales eléctricas? 

Incluso los contadores más simples pueden estar equipados con detectores devalor límite para montar en el tubo ahusado. Los dispositivos de alto nivel

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disponen de un sensor de valor medido con salida analógica. También haydisponibles en el mercado caudalímetros de sección variable con una interfazPROFIBUS.

¿Cómo evitar errores de instalación? 

En general, los caudalímetros de sección variable han de instalarse en tramos deelevación vertical. No necesitan tramos de entrada y salida. En tuberíashorizontales se pueden instalar modelos de sección variable especiales, perorequieren un diámetro nominal mínimo de 6 veces el diámetro nominal corrientearriba y 3 veces el diámetro nominal corriente abajo, según las recomendacionesde cada suministrador.

¿Se pueden emplear caudalímetros de sección variable en procesos en que se

produzcan sobrecargas de presión ocasionales? 

Deben evitarse las aplicaciones de este upo. Es especialmente importante ser prudente si el proceso involucra gases o líquidos peligrosos. Las sobrecargas de presión muy fuertes pueden empujar el fluido hacia arriba a suficiente velocidadcomo para golpear el tubo ahusado de vidrio y romper el caudalímetro.

¿Cuáles son los límites de temperatura y presión de proceso para este

principio de medición? 

Los modelos con cuerpos ahusados hechos de metal suelen estar preparados parasoportar temperaturas de hasta 450 °C (840 °F) y presiones de 100 bar (1.400 psi)aproximadamente.

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Caudalímetros volumétricos, gran exactitud ylarga duración en la medición de fluidosviscosos

 

Escrito por José Carlos Villajulca

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Los caudalímetros volumétricos, o de desplazamiento positivo, son el único tipode caudalímetros que indica el caudal volumétrico. Hay modelos de todos lostipos y medidas. En tanto que familia, son en conjunto los mejores dispositivos demedición de caudal volumétrico. Sin embargo, sólo se pueden emplear con fluidoslimpios y presentan limitaciones de tamaño y velocidad de caudal en comparacióncon otros tipos de caudalímetros. Son conocidos en todo el mundo simplemente

como "contadores PD" (positive displace-ment flowmeters).

Vista de un flujometro volumetrico marca SIKA 

Principio de medición 

Los dispositivos que funcionan según este principio disponen de cámarasdesplazables que dividen el fluido en volúmenes fijos conocidos con precisión amedida que éste pasa por el caudalímetro (Ver la figura adelante). El recuento delos volúmenes individuales de fluido da el valor total del caudal. Las cámaras demedición internas (sistemas de engranajes, émbolos u otros elementos) se mueven

 por la propia presión de la tubería. El número de giros es un indicador delvolumen que ha pasado por el caudalímetro.

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 Fig: Principio de funcionamiento de los caudalímetros volumétricos (aquí un

ejemplo de caudalímetro de engranajes ovalados). 

Los caudalímetros volumétricos son únicamente dispositivos de medición delvolumen de caudal y sólo pueden registrar el caudal en un único sentido (sonunidireccionales). El llenado y el vaciado cíclicos de las cámaras impone un ciertogrado de pulsación al fluido. La intensidad de la pulsación a la salida depende dela velocidad del caudal y del modelo de caudalímetro. Por ello es necesarioacomodar las señales analógicas a estas pulsaciones antes de utilizarlas como

funciones de control.

El movimiento interno de las cámaras de medición se puede transmitirdirectamente a un caudalímetro mecánico. O, alternativamente, los caudalímetrosvolumétricos pueden estar equipados con bobinas inductivas u otros tipos degeneradores de señal. Al contrario que otros tipos de contadores, loscaudalímetros volumétricos pueden funcionar sin alimentación eléctrica externa.

Todos estos caudalímetros tienen en común un amplio rango de valores demedida, que supera la relación 40:1 (puede alcanzar los 400:1) sin que varíe suerror sistemático de medición. El cuidado en el manejo y un buen ajuste de losintersticios entre el elemento de medición y el cuerpo del caudalímetro ayudan aello. Los contadores PD son una de las pocas clases de caudalímetros en que suexactitud de medición aumenta al aumentar la viscosidad del fluido. Además, sufuncionamiento no se ve afectado por turbulencias, vórtices u otros perfiles develocidad distorsionantes. Sin embargo, la presencia de una segunda fase (aire osólidos en el líquido) puede perturbar significativamente su ejecución.

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Fig.: Error de medición E (línea continua) y pérdida de carga Ap (línea

discontinua) con contadores PD. 

La Figura anterior muestra la característica de funcionamiento típica de uncontador PD. Para velocidades del fluido bajas, la resistencia por rozamiento en elcaudalímetro es grande en comparación con la fuerza de impulsión. Parte delfluido puede quedar sin registrar al escurrirse por los intersticios entre las partesmecánicas. Estas pérdidas se denominan "deslizamientos de fluido" y también sonhabituales en algunos tipos de contadores de turbina. A medida que la velocidaddel fluido aumenta, el error de medición se incrementa hasta un valor máximo yluego vuelve a disminuir. A velocidades del fluido altas, el error también aumenta

 por los efectos inerciales que se producen en el interior del cuerpo delcaudalímetro. El uso prolongado a altas velocidades provoca el desgaste de loscomponentes y con ello mayores deslizamientos de fluido a través del

caudalímetro. A continuación resumimos las características de este upo decontadores:

- La pérdida de carga aumenta con la velocidad del fluido y según el material defabricación. En consecuencia, incluso la más insignificante de las imprecisionesde fabricación que afecten al interior de las cámaras de medición pueden originaruna fuga perceptible durante el funcionamiento del caudalímetro.

- Las lecturas son en general más bajas de lo que deberían cuando la velocidad delcaudal es o muy baja o muy alta.

La Figura siguiente muestra una familia típica de curvas de ejecución. Para unmismo caudal, al aumentar la viscosidad disminuyen las fugas de fluido y mejorala incertidumbre de la medición, mientras que la pérdida de carga aumenta.Debido a los efectos de la viscosidad, los contadores PD deberían calibrarse paraunas condiciones de proceso cercanas a las de trabajo y con el fluido que se va autilizar (por ejemplo, al medir sustancias de cierto valor económico, como algunoshidrocarburos).

Fig. : Efecto general de la viscosidad en el error de medición E (líneacontinua, en % de Q) y pérdida de carga Δp (línea discontinua) para

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contadores de tipo PD. a = Gasolina, b = Agua, c = Aceite ligero, d = Aceite

medio de 20 cP, e = Aceite pesado de 100 cP, /= Aceite de 300 cP 

Algunos tipos de contadores PD ofrecen exactitudes superiores a ±0,1 %, y enalgunos casos proporcionan valores cercanos incluso a los conseguidos por unsistema de calibración. En el extremo opuesto de la escala, miles de modelos de

 bajo coste menos exactos se emplean por todo el mundo para el control rutinariode caudales de líquidos y gases.

Todos estos dispositivos se ven fácilmente afectados por la intrusión de cuerpossólidos, que tienen tendencia a obturar los intersticios del caudalímetro. Si laintrusión de materia extraña constituye un problema recurrente (como es el casocuando se efectúan con frecuencia trabajos de instalación), es aconsejable instalarun filtro de red fina corriente arriba del caudalímetro.

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 Modelos , Ventajas y Desventajas de flujometrosvolumetricos

 

Escrito por José Carlos Villajulca

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Algunos de los diversos tipos de contadores volumétricos reciben el nombre por elelemento que utilizan para la medición. Hay cuatro modelos básicos:

1. Rotativos (elemento de medición de tipo rueda dentada, tornillo o molinete)

2. Alternativos (elemento de medición de tipo émbolo de movimiento alternativo)

3. De disco oscilante (elemento de medición de acción rotativa)

4. De nutación (elemento de medición de tipo disco de nutación)

Fig.: Vista exterior de un flujometro volumetrico 

Contadores de molinete: 

Los contadores del primer grupo son los caudalímetros de este tipo más precisos.Su diseño se muestra abajo en la figura. Un molinete ajustado a la cavidad demedición desplaza una cantidad de volumen fija al barrer un cuarto decircunferencia, como se muestra en la figura. Estos contadores se suelen utilizar

 para el transporte de petróleo.

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Fig. : Caudalímetro de molinete 

Contadores de ruedas de engranaje ovaladas: 

Un contador de ruedas de engranaje ovaladas consiste en un cabezal que aloja dosruedas dentadas ovaladas engranadas. La acción de cierre positivo evitaefectivamente las fugas entre los dos engranajes. El momento de fuerza producido

 por la acción del caudal varía según las posiciones relativas de las dos ruedas de

engranaje ovaladas. Dicho momento provoca el giro de cada engranaje alrededordel otro y hace pasar por el contador porciones de fluido de volumen conocido.Este principio es característico de muchos diseños de contadores volumétricos -incluso de aquéllos cuyos engranajes no tienen forma ovalada (Fig. siguiente).

Los materiales empleados para las cámaras de desplazamiento, las ruedas deengranajes ovaladas, las levas y pivotes diversos pueden variar según lascondiciones de proceso. Los materiales típicos empleados para las ruedas deengranaje ovaladas incluyen fundición gris, aceros Cr-Ni-Mo, acero colado y

 bronce. Estos materiales son de uso habitual en muchos otros diseños.

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Fig. : Contador de engranajes. Entre los dientes de las ruedas dentadas

pasan porciones exactas de volumen de fluido. 

Contadores de émbolo giratorio: 

Los modelos más comunes del tercer grupo son los contadores de émbologiratorio, utilizados para la supervisión del consumo de agua en edificios,apartamentos e industrias. El émbolo oscila alrededor de un eje central. Laestanqueidad del volumen de fluido se da entre la lámina de partición y el bordeexterior del elemento de medición en contacto con el cuerpo del caudalímetro.

Fig.: Sección transversal de un contador de émbolo giratorio, a = Cuerpo del

caudalímetro b = Cámara de medición c = Lámina de partición 

Los otros dos tipos de contadores mencionados (de émbolo alternativo y dediafragma o disco oscilante / nutación) basan su principio de medición en queactúan como desplaza-dores de un volumen de fluido fijo en cada revolución.

En todos estos modelos, el eje central transmite el movimiento giratorio a unoscontadores de rueda dentada, o simplemente a unos sensores externos, que

cuentan las revoluciones. La Figura abajo muestra la configuración básica de uncontador de tornillo helicoidal.

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 Fig. : Contador volumétrico con dos tomillos helicoidales.  

Contadores de gas: 

Los contadores de gas suelen utilizar una membrana de baja resistencia quegobierna una válvula. Dos fuelles (B, C) se llenan y vacían de gasalternativamente (Fig. siguiente). Una válvula gobernada por los compartimentosA y D controla dicho llenado y vaciado.

Fig.: Principio de medición de los contadores de gas en edificios de

apartamentos 

Un elemento mecánico de enlace conecta el movimiento alternativo de la válvulacon el eje de salida. Cada desplazamiento produce un único giro del eje. Se

 pueden emplear codificadores de alta resolución para generar una salida de señal pulsante de alta frecuencia. Se han fabricado millones de caudalímetros de estetipo para emplear como contadores de gas en domicilios particulares, comercios yoficinas.

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Ventajas e inconvenientes 

La lista de ventajas e inconvenientes que ofrece este principio de medición ha dedarse inevitablemente en términos generales debido a los innumerables tipos ymodelos distintos disponibles en el mercado. El resumen siguiente, pues, nocontempla más que generalidades. Para conocer la información detallada acerca delas condiciones límite particulares para cada tipo de contador siempre seránecesario dirigirse al fabricante correspondiente.

Ventajas:  

- Método de medición en uso desde hace más de 100 años. Ampliamente aceptadoy fiable.

- De gran exactitud (hasta 0,1% o superior) y alta repetíbilidad, particularmentecierto para contadores de tipo molinete y émbolo.

- Se pueden emplear con líquidos y gases conductivos y no conductivos.- Especialmente adecuados (excepto los contadores de gas) para la medición delcaudal de fluidos altamente viscosos.

- La medición es independiente de la viscosidad en un amplio campo de valores demedida.

- Algunos modelos no precisan alimentación eléctrica.

- Un amplio abanico de materiales disponibles.

- Las condiciones a la entrada y a la salida no influyen en la medición.

I nconvenientes:  - No aptos para fluidos contaminados o para dos fases fluidas.

- Por su diseño inherente, algunos modelos provocan caudales pulsantes en latubería.

- Sólo permiten medir el caudal en un único sentido.

- Los diámetros nominales deben ser grandes en comparación con otros métodos.

- Restricciones de temperatura y presión para evitar los efectos de fugasintersticiales en el cuerpo del contador.

- Pérdida de carga por filtros corriente arriba, aumento de la viscosidad y/o

velocidades más altas.- Un mal uso puede acabar por bloquear el sistema de tuberías.

- El rozamiento mecánico impone una carga adicional si el contador se emplea para medir caudales de sustancias químicamente agresivos.

- Riesgo de congelación (formación de hielo) si se emplea al aire libre.

- Posibilidad de daños mecánicos por entrada de aire o vapor en el fluido.

- No especialmente económicos en comparación con otras tecnologíasequivalentes de medición de velocidades de circulación de fluidos.

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 Aplicaciones y preguntas frecuentes sobreflujometros volumétricos: la puntada final  

Escrito por José Carlos Villajulca

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Aplicaciones 

Este principio se viene aplicando desde hace más de cien años; los contadores deesta clase tienen un historial demostrable en múltiples ramas industrialesdiferentes. Los contadores volumétricos han sido de uso común en recuento decaudal, por ejemplo, como base para la facturación de volúmenes suministradosdesde redes de tuberías o transferidos a contenedores.

En consecuencia, la gama de modelos disponibles es amplia y variada, e incluye

muchos que son adecuados para aplicaciones de Custody Transfer. El campo deaplicaciones para estos contadores volumétricos es correspondientemente amplio.De extremo a extremo, su uso abarca desde gases hasta betunes fluidificados dealta viscosidad:

- En la industria petroquímicas: barcos cisterna (crudos, etc.), contadores de aceitede quemar en camiones cisterna, etc.

- Contadores de carburante en surtidores en gasolineras.

- Contadores de transferencia (control) en sistemas de calibración.- Contadores de gas para sistemas y aplicaciones domésticas.

En estos ámbitos se suele exigir una precisión de medición de hasta 0,1% v.1.,requisito que sólo los contadores de efecto Coriolis, además de los volumétricos,son capaces de alcanzar. Las ventajas significativas de los caudalímetros de efectoCoriolis respecto a los contadores volumétricos consisten en que los primeroscarecen de partes móviles en el tubo de medición y posibilitan el abastecimientoen condiciones de fluctuaciones de la temperatura.

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Para la industria láctea y otras industrias del sector alimentario se dispone demodelos que permiten un desensamblaje fácil para las tareas de limpieza sin

 perder precisión de calibrado. Los caudalímetros volumétricos se pueden instalaren cualquier posición, aunque normalmente se colocan en tuberías horizontales.

Preguntas más frecuentes 

Cómo afecta la temperatura del f lui do a la ejecución de los contadores PD?  

En un contador PD se pueden producir varios efectos. Por ejemplo, un cambio detemperatura puede provocar cambios en el volumen del fluido, que tienen unefecto directo sobre el valor de lectura. Un cambio en la temperatura del fluidotambién incrementa o reduce la temperatura del contador y puede alterar lostamaños de algunas partes mecánicas clave o la anchura de los espacios

intersticiales. Según el modelo de contador, estos efectos se compensan o serefuerzan mutuamente.

Las variaciones de la temperatura ambiente pueden afectar a las dimensiones delcuerpo del contador, pero no alterar significativamente la temperatura del fluido.Para una ejecución de mayor precisión, la temperatura ambiente y la de procesodeberían mantenerse constantes en lo posible. Si se preven cambios detemperatura estacionales o de la temperatura de proceso, es conveniente informarde ello al distribuidor para que nos pueda proporcionar los materiales correctos ylos modelos adecuados.

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Con quéfrecuencia deben cali brarse los contadores PD?  

Depende de la aplicación y del país en que se emplee el contador PD. Losrequisitos legales o las normas estándar determinan la frecuencia de calibración.Los contadores para aplicaciones de recuento de caudal (aplicaciones de CustodyTransfer) se calibran como norma general una vez por semana o una vez al mes,según el tipo de fluido. A menudo forman parte de un sistema dedicado a lamedición con elementos de comprobación integrados.

Los contadores en otros tipos de aplicaciones industriales deberían calibrarse porlo menos una vez al año. Es importante prestar una atención especial a lassuperficies deslizantes y a las condiciones de los pivotes y los casquillos. Si los

 pivotes están demasiado gastados se pueden producir deslizamientos de fluido.

Los contadores PD son sensibles a las pulsaciones?  

Las pulsaciones significativas y frecuentes afectan a la mayoría de contadores PD.El rotor está sujeto para resistir los choques de la carga, y las tensiones de éstos setransmiten a los pivotes y demás componentes mecánicos. Este desgaste puederepercutir en la vida operativa del contador.

Es difícil estimar las medidas que debe tener un contador PD?  

Es importante conocer los caudales máximo y mínimo y la viscosidad del fluidoque se va a medir. La mayoría de fabricantes proporcionan tablas de medidas o

 programas que se basan en viscosidades cercanas a la unidad, pues la mayoría decontadores PD se calibran con aceites poco viscosos o agua. Dichas tablas sonfunciones de la velocidad del fluido y la viscosidad y proporcionan la curva decalibración resultante. El tamaño de los contadores se suele contar para unavelocidad máxima de entrada de aproximadamente 2 m/s. Esta velocidaddisminuye al aumentar la viscosidad por encima de los 200 cP. La empresadistribuidora del equipo suele tener experiencia en la elección de los tamaños parael contador.

Cómo afecta la sedimentación en el I nteri or de un contador PD?  

La sedimentación puede afectar de dos modos a la ejecución del contador. En primer lugar, pequeñas partículas pueden quedar atrapadas en los intersticios ycausar acumulaciones y desgastes, lo cual incrementará las fugas en el contador.Por otra parte, las partículas se pueden infiltrar en el pivote central y aumentar el

rozamiento, lo que disminuirá el campo de valores de medida del aparato. Lasedimentación, pues, provoca dos tipos de comportamiento sesgado, pérdida de

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campo de valores de medida y empeoramiento de la repetibilidad.

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 Contadores de caudal por turbina: exactitud,exactitud y exactitud  

Escrito por José Carlos Villajulca

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Este tipo de contadores es uno de los más exactos que se han desarrollado. Poreste motivo, su uso está ampliamente difundido en aplicaciones de medición derecuento de caudal de hidrocarburos refinados. Los modelos de precisión soncaros de fabricar y calibrar.

 No obstante, otros modelos más económicos están disponibles para consumo de

agua y aplicaciones rutinarias de medición de caudal en plantas industriales.Todos los modelos se caracterizan por su alto nivel de repetibilidad, pero sonsensibles a los efectos perturbadores debidos a las propiedades del fluido y delflujo.

Principio de medición 

La Figura siguiente muestra los elementos básicos. Todos los tipos de contadoresde turbina constan de un grupo de aspas giratorias fijado con pivotes a un ejecentral. El grupo va montado en el centro del cuerpo del caudalímetro. La energíacinética del fluido se transmite a la rueda de la turbina, que gira con una velocidad

 proporcional al caudal. La rueda de la turbina se conoce con el nombre de "rotor"en los contadores de turbina convencionales y "molinete" en los contadores

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mecánicos.

Fig.: Ejemplo de contador de turbina. Se observan con claridad el rotor (la

hélice de la turbina) y el sensor de inducción, que cuenta las vueltas del rotor. 

La velocidad del rotor se cuenta por medios mecánicos o inductivos según elmodelo. En contadores de turbina convencionales, cada vez que una aspa de lahélice pasa por el sensor, se genera un impulso que corresponde a un volumen fijode fluido. El número de impulsos da la cantidad de fluido que ha circulado en unintervalo de tiempo conocido y la frecuencia de los impulsos es un indicador de lavelocidad del caudal.

El eje del rotor suele ser paralelo a la dirección de circulación del fluido. Enalgunos modelos, sin embargo, el rotor está montado en posición vertical respecto

a la dirección del caudal (véase la Fig. siguiente). Las aspas están inclinadas unángulo (p) respecto a la dirección del caudal para que el fluido ejerza un momentode fuerza sobre el rotor. El caudal volumétrico se calcula a partir de la rotaciónresultante, según la expresión siguiente:

Esta expresión tan simple muestra que el número y la forma de las aspas de laturbina son los factores más importantes en la velocidad del rotor. Por otra parte,la velocidad del fluido no es constante para todo el diámetro de la tubería. Lo cualnos permite observar que las fuerzas que actúan sobre las aspas de la turbina son

complejas. La mayor velocidad se genera cerca del centro y en las puntas se produce un cierto arrastre. El equilibrio entre la fuerza impulsora y la fuerza de

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arrastre (a la cual contribuye también el rozamiento de los pivotes) mantiene elrotor a velocidad constante para un caudal fijo.

La teoría permite escribir una expresión general que relaciona el número deimpulsos generados (n) y el caudal (Q). La siguiente ecuación expresa estarelación:

El primer sumando del segundo miembro (A) depende de la cantidad demovimiento lineal y es el término dominante para velocidades altas del caudal. Elsegundo sumando (B/Q) da cuenta de los efectos de la viscosidad y del flujo en

los extremos de las aspas. Adquiere importancia en el tercio inferior de la curvacaracterística. El último sumando (C/Q2) depende de las fuerzas de arrastremecánicas, aerodinámicas y de los pivotes sobre él sensor. Es el sumandodominante a velocidades bajas del caudal y es un término de retardo. El balancerelativo de estos tres sumandos se corresponde con un valor bajo de n/Qparacaudales bajos que aumenta hasta alcanzar un máximo ("joroba") y luego tiendehacia un valor constante de n/Q para caudales altos. La teoria completa es enrealidad mucho más compleja porque la influencia del perfil de velocidades y dela geometría de las aspas implican el cálculo de complicadas integrales para hallarlos valores de las constantes A, B y C de la ecuación anterior. La Figura abajomuestra la curva característica del caudalímetro de turbina. La pérdida de carga

(Ap) se corresponde con la ecuación de Bemouffi, aumentando con el cuadradodel caudal Q.

Fig. : Curva característica típica de un caudalímetro de turbina. a = Caudal

inicial, b - Caudal mínimo para repetibilidad, c = Caudal mínimo de

comportamiento lineal, d = Posición del factor de recuento máximo (joroba),

e = Campo de comportamiento lineal de los valores de medida; zona

sombreada = zona de comportamiento lineal 

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Dé lo dicho se deduce que los contadores de turbina son sensibles a los efectos dela viscosidad, en particular en relación con los distintos modelos de aspas. Lasaspas en ángulo recto proporcionan mayor velocidad angular, pero las helicoidales(oblicuas) son mucho menos sensibles a los efectos de la viscosidad. Todos los

modelos deberían mantenerse por debajo de un valor de viscosidad máximo de 30cP o, de lo contrario, el contador pierde comportamiento lineal. La Figurasiguiente muestra el cambio en la curva característica para dos tipos de aspa paravarios fluidos viscosos.

Fig. : Curvas características de contadores de tipo turbina (línea continua)

para distintas viscosidades. Abajo (B): Efecto de la viscosidad sobre rotores

con aspas helicoidales 

En general, los contadores pequeños (DN < 50/2") se ven más afectados por laviscosidad y no alcanzan campos de valores de medida tan amplios como losgrandes, incluso con fluidos poco viscosos como los aceites ligeros. Esto es

 porque los momentos de fuerza de retardo y del pivote son proporcionalmentesuperiores.

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 Principales modelos de flujómetros de Turbina  

Escrito por José Carlos Villajulca

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La Figura siguiente muestra, entre otras cosas, un transductor inductivo empleado para generar una señal eléctrica. Algunos diseños utilizan sensores deradiofrecuencia, que tienen la ventaja de que no producen arrastre en los caudalesmás bajos. En otros modelos, el giro del eje se transmite a un contador mecánico

 por medio de engranajes. Son los contadores de tipo molinete o Woltmann.

Estos modelos requieren un momento de fuerza considerable, lo cual provoca problemas de arranque y de comportamiento no lineal con caudales bajos. Loscontadores domésticos de consumo de agua, por ejemplo, suelen presentar"deslizamientos de fluido" a caudales muy bajos, como los que origina un grifo

que gotea. Algunos contadores Woltmann con el molinete montado en vertical presentan ciertas ventajas, entre las que se cuenta un menor efecto de los pivotes ydel rozamiento y una sensibilidad reforzada, con lo que se consigue un campo devalores de medida más amplio. También contribuye a ello el efecto de la fuerzaascensional del fluido, que compensa en parte el peso del rotor y reduce su masaefectiva. La Figura 49 muestra dos modelos de este tipo. El primero se emplea

 para líquidos o gases, el segundo sólo para líquidos.

Fig.: Ejemplos de contadores mecánicos Woltmann típicos. Izquierda: conrotor axial. Derecha: con rotor vertical. 

Los materiales habituales de fabricación son aceros austeníticos para el cuerpo,acero inoxidable para las bridas e interiores y materiales de larga duración comocarburos de tungsteno o aceros pretensados para los pivotes. Para aplicaciones aaltas presiones se dispone de bridas de alta tensión (PN > 1.500 bar/21.750 psi).Además, tanto el cuerpo como el resto de componentes pueden fabricarse de

 plástico resistente para aplicaciones en la industria química. No obstante, es

evidente que cada material presenta una temperatura y una presión de trabajolímites. Por este motivo es aconsejable seguir en todos los casos el consejo del

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fabricante.

Para aplicaciones poco habituales se han desarrollado modelos especiales. Unmodelo especial para la medición de caudales de sustancias químicas prescindeabsolutamente de pivotes y utiliza el empuje generado por las aspas para hacergirar el rotor libremente con el fluido en el interior del cuerpo. En este modelo seubican dos rotores a ambos extremos de un eje vertical. La composicióncombinada de fuerzas de empuje y arrastre en las dos aspas a ambos extremosmantiene el grupo flotando libremente en el interior del cuerpo. Unos sensores deinducción miden la velocidad de rotación. Estos modelos pueden estar hechos demateriales químicamente resistentes como PVDF o PFA y permiten medir elcaudal de sustancias químicas "secas" como acetona o SF6.

Fig.: Modelo de contador de caudal de tipo turbina para la medición de

caudales muy bajos. a = Cuerpo del caudalímetro, b = Adaptador

intercambiable (para ampliación del campo de valores de medida), c =

Abertura para las mediciones, d =Pivote, e = Rotor de la turbina, f= Sensor

de inducción 

Para aplicaciones con caudales muy bajos, el fluido de entrada se hace pasar poruna abertura estrecha para que aumente su velocidad (Fig. abajo). Ala salida de laabertura, el chorro de fluido impacta sobre un pequeño rotor. Unos sensoresmagnéticos (o a veces ópticos) registran su movimiento. Estos modelos utilizanrotores ligeros montados sobre pivotes de piedras finas que ofrecen una resistenciade rozamiento mfnima. La Figura abajo muestra un modelo con adaptadores deabertura intercambiables a la entrada. Los adaptadores se pueden cambiar y

 permiten cubrir diferentes campos de valores de medida del caudal con un mismocontador. Sin embargo, el comportamiento lineal y la repetibilidad de estoscaudalímetros no es tan buena como en los contadores de turbina convencionales.

También se han desarrollado algunos modelos muy específicos para aplicaciones

higiénicas. Para medir caudales de leche, vino o zumos de fruta deben utilizarse pivotes especiales, cabezales con recubrimiento y materiales higiénicamente

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aprobados. Ciertamente, algunos modelos presentan la certificación.

3A. Estos modelos pueden ser rociados periódicamente con fluidos limpiadores yesterilizantes. Sin embargo, estos modelos pueden presentar problemas al

 purgarlos de gases o vapores, porque las altas velocidades que se alcanzan puedendañar el rotor o el pivote. Los contadores de turbina de inserción han sidoampliamente utilizados desde la década de los 1980 para supervisión de caudalesde aguas en plantas industriales. En la Figura siguiente se observa que estoscaudalímetros son, de hecho, pequeñas "turbinas al final de una vara". Estosdispositivos presentan una alta sensibilidad y repetibilidad locales. Algunosmodelos son de tipo hélice, mientras que otros ocultan la pequeña turbina en elinterior de un cabezal. La experiencia general con estos aparatos esrazonablemente buena en aplicaciones de supervisión de caudales en tuberíasgenerales de agua de diámetro grande.

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Fig.: Contador de turbina de inserción. 

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Ventajas, desventajas y principales aplicacionesde los caudalimetros de turbina

 

Escrito por José Carlos Villajulca

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Ventajas: 

- Ofrecen una excelente repetibilidad a corto plazo.

- Algunos modelos presentan un amplio campo de valores de medida y un buencomportamiento lineal.

- Disponen de salida digital tanto para la cantidad total del caudal como para lavelocidad del fluido.

- Hay modelos de diseño compacto para velocidades de caudal establecidas.- Ofrecen alta exactitud en determinadas condiciones (de campo de valores demedida, de viscosidad).

- La temperatura y la presión no imponen virtualmente límites de usabilidad.

- Alta fidelidad y resultados positivos en aplicaciones de fluidos lubricantes.

- Permiten la medición con fluidos agresivos y fluidos no conductores, incluidoslos gases.

- Pérdidas de carga bajas.

- Ofrecen una respuesta puntual excelente.

Inconvenientes: 

- Requieren tramos de entrada y de salida largos (20 veces el diámetro nominal para los tramos de entrada y 5 veces para los de salida, respectivamente).

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- Los vórtices en el flujo les afectan fácilmente (esta situación se puede rectificarcon acondicionadores de flujo).

- El desgaste de los pivotes (en general", por velocidades del fluido demasiadoaltas) causa desviaciones en la ejecución de estos caudalímetros y reduce su vidaoperativa.

- Los modelos de pequeño tamaño presentan limitaciones en su campo de valoresde medida.

- Los fluidos pulsantes afectan a su correcto funcionamiento. En general, losvalores dados por el caudalímetro en estos casos suelen ser demasiado altos.

- Si el fluido contiene partículas sólidas intrusas (caída de presión) es necesario unfiltro corriente arriba.

- Todo el equipo ha de estar perfectamente limpio antes de iniciar los trabajos enel sistema (eliminar las virutas de soldadura, etc.).

Aplicaciones 

Las ventajas enumeradas en la sección anterior permiten entender por qué estaclase de contadores se halla ampliamente difundido en aplicaciones de supervisiónde caudal, procesamiento por lotes y medición de alta precisión de hidrocarburos.Su repetibilidad es casi tan alta como en el equipamiento empleado para sucalibrado. Por esta característica, recientemente también se emplean comocontadores estándares para control o transferencia. La diversidad de materiales deque disponemos hoy en día permite utilizar estos contadores también con

sustancias agresivas.

Ya en el siglo XIX, los contadores basados en este principio estaban ampliamentedifundidos por los sistemas de distribución de agua corriente. Hoy, éste continúasiendo un campo de aplicación típico para los contadores de tipo molinete yWoltmann, con transmisión mecánica de la acción rotativa a un contador(contadores de agua).

Los contadores de turbina se ven fácilmente afectados por los contaminantes. Losconsti-tuyentes fibrosos de un fluido pueden provocar el atasco del pivote y las

 partículas granulares pueden dañar el borde de la paleta y la superficie de lahélice. Las intrusiones de aire en el fluido pueden comunicar una velocidadexcesiva al rotor. Si esto sucede con frecuencia, el pivote falla y el factor decalibración cambia. El campo de valores de aplicación comprende los ámbitossiguientes:

- La industria química: por sus características de ejecución, su resistencia a lacorrosión, facilidad de instalación y seguridad.

- La medición en aplicaciones criogénicas: pivotes especiales permiten medircaudales de fluidos a temperaturas bajas.

- La medición de aceites: junto con los contadores de caudal másico de efecto

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Coriolis, son probablemente el mejor medio para medir transferencias de grandescantidades de aceites ligeros.

- La comprobación de tests de calibración: empleados como contadoressecundarios por

su alta repetibilidad.

- La industria láctica y de bebidas alimentarias: ejecución fiable probada en lasaplicaciones de este sector.

- La industria farmacéutica: modelos higiénicos y de precisión para fluidos de altovalor.

- Caudales en grandes tuberías: modelos de inserción bien probados enaplicaciones de suministro de agua.

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Preguntas más frecuentes en diseño ymantenimiento de caudalimetros de turbina

 

Escrito por José Carlos Villajulca

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Quéexacti tud pueden alcanzarlos contadores de turbina?  

Los contadores de turbina pueden alcanzar una exactitud de menos del 0,2% si losvalores de la viscosidad se mantienen en un estrecho margen. No obstante, el errorde medición tiende a ser superior para el extremo inferior del campo de valores develocidad del fluido. Si la viscosidad se aparta de las condiciones de calibración,los efectos sobre la exactitud de la medición son significativas y hay que volver a

ajustar el factor de calibración.

¿Los contadores de turbina pueden limpiarse en condiciones de ejecución(funciones CIP-cleaníng in progress o limpieza en marcha- / SIP-sterilization

ín progress o esterilización en marcha)? 

Sólo algunos modelos especiales y certificados deberían emplearse en talesaplicaciones. Rociar la línea con vapor o aire comprimido puede comunicar unavelocidad inaceptable-mente alta al rotor que puede resultar perjudicial. En elmejor de los casos, esto acortará la vida operativa del equipo; en el peor, el equipo

 puede quedar atascado.

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Con quéfrecuencia los contador es de turbina deben pasar inspecciones deruti na y ser cali brados?  

Todos los contadores de turbina nuevos se han calibrado en bancos de ensayos degran precisión. En aplicaciones de Custody Transfer que requieren una granexactitud, el sis-tema suele disponer además de un dispositivo para la calibraciónin situ. En aplicaciones de la industria química, estos contadores deberían sercalibrados con una frecuencia de, por lo menos, dos veces al año o inclusosuperior. La frecuencia dependerá en cada caso del nivel de exactitud requerido ylas recomendaciones del fabricante. Una vez al año debería efectuarse un examenrutinario de tareas de mantenimiento. Dichas tareas rutinaria pueden consistir enretirar el contador de la línea y y comprobar que el rotor gira libremente; eliminarlos posos de sedimentos que pudiera haber en el interior del contador, y limpiartodas las superficies. La contaminación en los pivotes suele ser la causa máscomún de una medición defectuosa. Por ello, es preciso prestar una atención

especial a este aspecto.

Los contadores de turbina se pueden emplear conflui dos corr osivos?  

Sí, si los modelos empleados son especiales o han sido especialmente diseñados para la aplicación concreta. El abanico disponible en el mercado incluyecontadores fabricados con plásticos (PVDF, PTFE, etc.) adecuados paraaplicaciones con líquidos y gases altamente corrosivos.

¿Qué factores hay que tener en cuenta en la instalación? 

Los contadores de turbina son fácilmente afectados por los efectos de vórtices ode perfiles de velocidad perturbadores procedentes de los accesorios que puedahaber corriente arriba. Para eliminar la perturbaciones de flujo del fluido de estanaturaleza, son necesarios tramos de entrada rectos muy largos y/oacondicionadores de flujo. Muchos contadores de turbina se suministran concomplementos rectificadores, que permiten tramos de entrada

correspondientemente más cortos. Como siempre, es importante seguir lasinstrucciones especificadas por el fabricante.

¿Se puede emplear un contador de turbina para medir caudal másico?  

La mayoría de contadores de turbina son puramente volumétricos. Algunosmodelos especiales de rotor doble dan directamente la medida del caudal másico.Sin embargo, en la mayoría de los casos habrá que convertir las cifras del caudalvolumétrico obtenido al valor correspondiente de caudal másico a partir de ladensidad del fluido y/o las lecturas de presión y temperatura.

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 Caudalimetros Vortex: principio de medicion 

Escrito por José Carlos Villajulca

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Este principio de medición se basa en el hecho de que corriente abajo de unobstáculo se forman vórtices (vórtices) en el fluido, tanto en una tubería cerradacomo en un canal abierto. Es posible observar este fenómeno, por ejemplo, en losvórtices ("zona de turbulencia") que se forman corriente abajo del pilar de un

 puente.

La frecuencia de desprendimiento de los vórtices a cada lado del pilar (cuerposólido) es proporcional a la velocidad media de circulación del fluido y, por lotanto, al caudal volumétrico. Ya en 1513, Leonardo da Vinci describió laformación y el desprendimiento de vórtices estacionarios detrás de un obstáculo

en una corriente de fluido.

Fig.: Izquierda: Desprendimiento de vórtices detrás de un pilar de un puente.

Derecha: Foto tomada desde un satélite en que se aprecian los vórtices

formados en la capa de nubes por el efecto de un pico volcánico (flecha). 

En 1878, Strouhal estudiaba una descripción científica de los vórtices que seformaban detrás de los obstáculos sólidos. Sus estudios revelaron que un cabletensado de través en un chorro de aire oscilará. Encontró que la frecuencia de estaoscilación es proporcional a la velocidad del chorro de aire. Podemos observareste fenómeno en nuestro propio coche o casa: el subido que produce el viento al

 pasar por alguna rendija se debe al desprendimiento de vórtices, y aumenta odisminuye según cambia la velocidad. Este fenómeno se denomina "tono eólico".

El número de Strouhal empleado en este contexto describe la relación entre lafrecuencia de desprendimiento de vórtices, la velocidad del fluido y el diámetrodel cuerpo sólido (véase la Fig. siguiente):

St = f * d / v 

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St: Número de Strouhal

v: Velocidad del fluido

f: Frecuencia de desprendimiento de vórtices

d: Diámetro del cuerpo sólido

Fig. : Principio de medición de los caudalímetros Vortex. 

d = Diámetro del cuerpo sólido, f= Frecuencia de desprendimiento de

vórtices, v = Velocidad del fluido, 

L = Distancia entre dos vórtices 

El físico Theodore von Kármán asentó las bases teóricas para la medición decaudales con caudalímetros Vortex en 1912, cuando describió lo que se ha venido

en llamar "zona de turbulencia". Su análisis de la doble hilera de vórticesformados detrás de un cuerpo sólido en un flujo de fluido revelaba una relación

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fija entre la distancia transversal (d) de separación de las dos hileras y la distancialongitudinal (L) de separación entre vórtices en una misma hilera. Si, por ejemplo,el obstáculo es cilindrico, esta relación es de 0,281. Así, para un diámetro detubería uniforme, el volumen de cada remolino es constante. Si admitimos que losvórtices son del mismo tamaño independientemente de las diferentes condiciones

de ejecución, entonces el recuento del número de vórtices por unidad de tiemponos da directamente una estimación del caudal.

Formación de vórti ces y geometría del cuerpo sólido:  

El fluido alcanza su velocidad máxima en la parte más ancha del cuerpo sólido; a partir de ese punto pierde parte de su velocidad. El flujo intenta desprenderse delcontorno del cuerpo (a), en lugar de bordearlo. Más allá del punto (a) la presióndisminuye y se producen reflujos, y en última instancia, vórtices (b). Estosvórtices se desprenden alternativamente por cada lado del cuerpo sólido y sontransportados por el fluido (nomograma de frecuencias de desprendimiento devórtices

Fig.: Formación y desprendimiento de vórtices 

Los obstáculos sólidos de los caudalímetros Vortex varían según el fabricante. Los

hay de forma rectangular, triangular, esférica, en delta o en formas másespecificas, correspondientes a los diversos modelos patentados. En cada modelo,el número de Strouhal se debe mantener constante para todo el campo de valoresde medida; en otras palabras, para todo este campo de valores de medida, lafrecuencia de desprendimiento de vórtices ha de ser independiente de la presión, latemperatura y la densidad. En este campo de valores de medida con número deStrouhal constante (Re > 20.000) trabajan los caudalímetros Vortex (véase la Fig.abajo).

Los obstáculos sólidos en forma de delta presentan un comportamiento lineal casiideal y han demostrado ser particularmente fiables. Los ingenieros de la NASAhan sometido este modelo de cuerpo sólido a estudios exhaustivos. La exactitudde la medición con esta geometría puede llegar a ser de ±1% v.L, y su

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reproducibilidad se sitúa en torno al 0,2%.

Las características de los caudalímetros Vortex se suelen definir en términos del"parámetro K". Este parámetro representa el número de vórtices que se detectan

 por unidad de tiempo (impulsos por unidad de volumen). El fabricante obtienedicho parámetro K durante el proceso de calibración del aparato e incluye estainformación en la placa de características del instrumento. Este parámetro dependede la geometría del cuerpo sólido y del tamaño de la tubería.

Ejemplo: 

En un caudalímetro Vortex (DN 50/2") cuyo parámetro K es 10 impulsos por litro,cada impulso corresponde a un volumen de 0,1 litros, independientemente de que

el fluido sea agua, vapor o cualquier otro fluido.

Fig. : Número de Strouhal (Str) para diversos obstáculos sólidos en Junción

del número de Reynolds (Re), a = Cuerpo sólido en forma de delta, b =

Cuerpo sólido en forma de esfera. 

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 Modelos, Ventajas, Desventajas y Aplicacionesde flujometros VORTEX

 

Escrito por José Carlos Villajulca

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Los caudalímetros Vortex constan de diversos componentes, que incluyen el tubode medición, el cuerpo sólido, el sensor, el preamplificador y la electrónica delcontador (véase la Fig. abajo). En la mayoría de contadores, los sensores no tienen

 partes móviles, por lo que no se desgastan ni se requiere ningún tipo demantenimiento.

Los dos caudalímetros Vortex más comunes son los de brida y los que no son de brida. Estos últimos se conocen como contadores para instalación entre bridas(modelo "sandwich" o "wafer") y están diseñados para ser instalados entre dos

 bridas de tubería. Algunos modelos para instalación entre bridas tienen unalongitud total estandarizada de 65 mm (2,5"), lo cual les permite sustituirdirectamente grupos de disco de diafragma completos.

El campo de valores de medida estándar disponible en el mercado abarcadiámetros nominales desde DN 15 hasta 300 (desde 1 /2 hasta 12"), y algunasversiones alcanzan hasta DN 400 (16"). Los rangos para la presión pueden llegar

hasta PN 250 (ANSÍ Clase 2500). Las frecuencias de desprendimiento de vórtices para diámetros nominales superiores a DN 300 (12") son muy bajas y requieren uncierto tratamiento de la señal para conseguir una señal estable. Para aplicacionescon diámetros grandes, los caudalímetros Vortex son relativamente caros encomparación con los de disco de diafragma. Muchos fabricantes ofrecen tambiénmodelos para temperaturas muy altas o muy bajas (de -200 a +400 °C / de -330 a+750 °F).

Los dispositivos con dos sensores y electrónicas independientes constituyen uncaso especial (Fig. siguiente). Este modelo se emplea principalmente en industriasen que las mediciones redundantes se consideran importantes.

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 Fig. : "Caudalímetros de vórtices Prowirl" de E+H (dispositivo a dos hilos).

Izquierda: Versión con brida. Centro: Versión "wafer" para instalación

entre bridas. Derecha: Versión bidíreccional con dos sensores y electrónicas  

Sensores para la medición 

Para medir la fluctuaciones locales de la presión en el caudal originadas por losvórtices generados en el cuerpo sólido y convertirlas en señales eléctricas existenvarios tipos de sensores. Cada fabricante recomienda su tipo de sensor favorito deentre la amplia gama de los que existen, que incluyen sensores de tipo capacitivo,

 piezo-resistivo, por ultrasonidos, termistores, mecánicos y de presión y tensiones.En la mayoría de casos, el sensor está integrado en el mismo cuerpo sólido o biense sitúa inmediatamente detrás. Hoy en día, la mayoría de sensores hoy miden eldesprendimiento de vórtices con sensores de tipo capacitivo o piezo-eléctrico.

Sensores DSC (differential switched capacitor): 

Los sensores DSC (conmutadores de capacitancia diferencial) que utiliza E+Hconsisten en un sensor en forma de pala que penetra en el interior del cuerposólido (Fig. abajo). Esta pala (a) transmite las fluctuaciones de presión debidas alos vórtices a un electrodo central en forma de manguito (c) que junto con el

electrodo externo (d), conforman los condensadores C1 y C2 semilaminares. Unavariación en la amplitud de separación de las dos láminas provoca una variaciónde la capacitancia proporcional a la presión diferencial originada por el vórtice,que cambia periódicamente y es procesada por la electrónica del contador. Estossistemas de medición son altamente insensibles a las vibraciones de la tubería porel hecho de hallarse el sensor en equilibrio mecánico.

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Fig. 57: Diseño de un sensor DSC de E+H. a = Pala del sensor, b = Punto

focal del sistema sensor, c = Electrodo central, d = Electrodo externo  

A continuación mencionamos las principales ventajas de los sensores DSC:

- Son resistentes a las variaciones extremas de temperatura, por ejemplo, en lasaplicaciones de criogenia o en sistemas de tratamiento de vapor. Los sensoresDSC de acero inoxidable no tienen partes móviles ni componentes excesivamentesensibles, por lo que resultan extremadamente robustos.

- Son resistentes ante las ráfagas de flujos pulsantes, por ejemplo, en sistemas de

vapor.

- Son insensibles a las vibraciones de la tubería. Las aceleraciones debidas a lasvibraciones no tienen efecto sobre la distancia entre el electrodo central y loselectrodos exteriores. La pala del sensor y el electrodo central se hallan enequilibrio relativo y las fuerzas de aceleración debidas a las vibraciones actúansiempre sobre el centro de gravedad del sistema sensor, por lo que las vibracionesno generan señales adicionales.

- Son bastante insensibles a la presencia de cuerpos extraños, porque el sensorDSC está montado libremente en el tubo de medición. En el peor de los casos, lasdeposiciones sobre la propia pala del sensor podrían provocar una ligera reducción(turndown) del campo de los valores de medida, pero no afectarían a la exactitudde la medición.

Ventajas e inconvenientes 

Ventajas:  

- Son de aplicación universal para medición de caudales volumétricos de vapor,líquidos y gases.

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- Resultan prácticamente insensibles a los cambios de presión, temperatura yviscosidad.

- Su instalación es simple.

- Ofrecen un amplio rango de diámetros nominales, de DN15 (1/2") a 300 (12"); yhasta DN450 (18") a petición.

- Presentan un campo reducido grande, típicamente de 1:10 a 1:30 paragases/vapor o 1:40 para líquidos.

- Las pérdidas de carga son bajas (típicamente 30 mbar).

- Sin partes móviles.

- Amplio rango de temperaturas: -200 a +400 °C (-330 a +750 °F).

- El comportamiento lineal de la frecuencia es independiente de las condicionesdel proceso y del fluido.

- Presentan una alta estabilidad a largo plazo (su parámetro K se mantiene durantetoda la vida útil), no experimentan desviaciones del punto cero.

- La exactitud de medición puede alcanzar valores tan buenos como ±0,75% v.l.con líquidos, y +l°/o vi con gases (Re > 20.000).

- Su reproducibilidad está entre el 0,2 y el 0,3%.

I nconvenientes:  

- Los flujos pulsantes y los vórtices afectan negativamente a la exactitud de lamedición.

- Según el tipo de accesorio que pueda haber corriente arriba, se necesitan tramosde entrada y de salida largos.

- No sirven para fluidos altamente viscosos.

- No pueden medir velocidades del fluido demasiado bajas (Re < 4.000).

Aplicaciones Comunes 

Los caudalímetros Vortex se emplean en numerosos ámbitos de la industria paramedir caudales volumétricos de vapor, Líquidos y gases. Estos contadores soncada vez más habituales en aplicaciones que anteriormente contaban concaudalímetros de presión diferencial, como por ejemplo de disco de diafragma.Esta tendencia se mantiene aún, por dos razones: los caudalímetros Vortex sonmás fáciles de instalar y además tienen un campo reducido (turndown) másamplio.

Medición de caudales de vapor:  

Desde la década de los años ochenta del siglo XX, los caudalímetros Vortex hanadquirido gran popularidad, en particular en todos los sectores industriales demedición de caudales de vapor. Los caudalímetros Vortex miden solamentecaudales volumétricos, pero los sistemas de vapor suelen transportar además unacierta proporción de contenido masivo y energético, de modo que estos contadoresse suelen emplear en combinación con un sensor de presión y/o temperatura y un

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contador de flujo energético.

Fig. : Aplicación de vapor. Foto: caudalímetro Vortex en una tubería aislada.  

Medición de caudales líquidos:  

En contraste con los contadores magnéticos, los caudalímetros Vortex permitendeterminar el caudal de fluidos no conductores o sólo ligeramente conductorescomo hidrocarburos o agua desmineralizada, agua condensada o agua dealimentación de una caldera. También se pueden emplear en condiciones de altas

 presiones y de temperaturas mucho más altas que los contadores magnéticos.

Medición de caudales de gas:  

En aplicaciones de esta naturaleza, los caudalímetros Vortex hallan un amplio usoen la medición de caudales de aire comprimido, de gas natural o de componentesindividuales del aire como nitrógeno, oxígeno, dióxido de carbono, hidrocarburos,etc. .

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Preguntas Frecuentes de diseño en flujometrosVortex

 

Escrito por José Carlos Villajulca

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Cómo afectan las vibraciones de la tubería a la medición de caudales con uncaudalímetro Vor tex?  

Se podría esperar que un caudalímetro Vortex, por el principio de medición en quese basa, reaccionase negativamente ante fuertes vibraciones e impactos de presión.

Sin embargo, los sensores DSC de E+H disponen de dispositivos primarios deamortiguación para compensar vibraciones incluso superiores a lg (9,81 m/s2, 32

 pies/s2) en todos los ejes.

Fig.: Medición de un caudal de nitrógeno líquido (-190 °C, 25 bar / -310 °F,

360 psi). 

Cómo afectan a la medición del caudal de un líquido la presencia de par tícul assólidas intrusas o de gases en el f lui do?  

En general, debería haber una sola fase líquida, en otras palabras, no deberíacontener mezcla de gases o sólidos.

- La intrusión de gases en el líquido provoca un error de medición de signo positivo. En estas circunstancias, o bien se monta el caudalímetro Vortex con elcuerpo sólido y la pala del sensor en posición horizontal o bien con el sensor en la

 parte inferior de la tubería. Con este método no se pueden medir fluidos gaseosos.

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- Si la cantidad de partículas intrusas sólidas, por ejemplo, herrumbre o pintura dela . tubería, es importante, habrá que instalar el sensor en una posición en la cualno quede cubierto por las partículas. En estos casos, recomendamos montar elsensor y la electrónica horizontalmente o bien en la parte superior de la tubería.

- La acumulación de partículas en el cuerpo sólido o en el tubo de medicióncambia la geometría de estos componentes, y por lo tanto, del parámetro K, locual en última instancia provoca errores de medición.

Cuál es el efecto del vapor húmedo en la medición del caudal?  

Sólo se mide el caudal de vapor, pero no incluye las góticas de agua que puedahaber mezcladas.

Fig. Medicion de caudal de ozono en aplicaciones de tratamiento de agua

potable. 

Quéefecto ti ene la presencia de sustancias abrasivas en el f lui do a l a medicióndel caudal?  

Una reacción abrasiva fuerte inevitablemente cambiará el perfil de velocidades enel cuerpo sólido porque los mudos bordes de desprendimiento de vórtices sedifüminarán. El parámetro K se desplazará y se producirá un error de mediciónnada despreciable.

Cómo afectan a l a medición los números de Reynolds inf er iores a 20.000?  

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Las mediciones de caudal con números de Reynolds inferiores a 20.000 se venafectadas por un error adicional debido a que el desprendimiento de vórticesdetrás del cuerpo sólido no alcanza a ser del todo regular (véase el nomograma dela Página 424). Este error se puede compensar en el rango de números de

Reynolds que va de 4.000 a 20.000 si los parámetros de proceso (el tipo de fluido,la presión, la temperatura y la viscosidad) son conocidos. El desprendimiento devórtices para números de Reynolds por debajo de 4.000 es más arbitrario, lafrecuencia de desprendimiento es más indeterminada, y la medición a la prácticaes poco significativa, o simplemente imposible.

Quéconsecuencias conl leva uti l izar el disposi tivo de medición de caudal avelocidades del f luido más altas que la máxima especif icada?  

Para muchos fluidos, las mediciones a velocidades del fluido por encima de 9 m/s(30 pies/s) provocan errores debidos a cavitación. La pérdida de carga tambiénserá, probablemente, relativamente alta. El software de selección y diseño."Applicator", de E+H, incorpora funciones que permiten averiguar cuándo seespera cavitación para unas condiciones de proceso determinadas. Convelocidades de caudales gaseosos superiores a 75 m/s (245 pies/s), las pérdidas decarga pueden ser lo suficientemente elevadas como para que un contador de estetipo no resulte económicamente rentable.

Quéocur re si no se tienen en cuenta los tramos de entrada y salidarecomendados?  

Para que la ejecución de los caudalímetros Vortex sea correcta, es preciso que laformación de vórtices por los laterales del cuerpo sólido sea a un ritmo regular.Ello requiere un perfil de velocidades bien definido ante el contador. Las

 perturbaciones en el ñujo debidas a la presencia de accesorios corriente arriba(válvulas, codos, etc.) pueden provocar errores de medición significativos. Paraevitarlo, son necesarios tramos de entrada corriente arriba de una longitud mínima

de 10 a 40 veces el diámetro nominal, según el tipo de obstrucción. Cadafabricante especifica el tramo de entrada necesario para un dispositivo particular.La longitud del tramo de entrada se puede reducir hasta 10 veces el diámetronominal, si se instala un acondicionador de flujo (disco perforado).

El tramo de salida (rnínimo 5 veces el diámetro nominal) detrás del caudalímetroVortex ha de ser suficientemente largo para permitir la libre formación de vórticescorriente abajo del cuerpo sólido.

Cómo afecta a la medición un fl uj o pulsante?  

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A partir de cierta frecuencia de pulsación, los caudalímetros Vortex son incapacesde distinguir la señal de medición de la señal pulsante sobrepuesta, y se obtieneuna lectura errónea de la velocidad del caudal.

Quésucede si la tubería no está totalmente l lena?  

En general, los caudalímetros Vortex son incapaces de tomar medidas en estascondiciones.

Cómo afectan la densidad y la viscosidad del f lu ido a la medición del caudal?  

Dentro del campo de valores "lineal" permisible de números de Reynolds (en queel número de Strouhal se mantiene constante), la densidad y la viscosidad notienen ningún efecto sobre la exactitud de la medición, aunque sí puede reducirseel campo de valores dé medida. Esto deja de ser cierto si el número de Reynoldses inferior a 20.000; en ese caso, la exactitud de la medición se reduceinevitablemente. Por lo tanto, la densidad y la viscosidad influyen en el caudalmínimo mesurable.

Cómo afecta la temperatura del fl ui do a las mediciones?  

El cuerpo del contador se dilata con la temperatura, más o menos según elmaterial con el que esté fabricado, y con ello cambia también el parámetro K. Elvalor de este parámetro para el acero inoxidable está en torno al 0,5% cada 100 K.Es posible compensar estos efectos introduciendo la temperatura del fluido en eltransmisor.

Por quéel parámetro Kno depende del tipo de f luido (líquido, gas)?  

El parámetro K es completamente independiente del fluido porque sólo dependede la geometría del contador.

Quéfactores hay que tener en cuenta al instalar un caudalímetro Vor tex enuna tubería?  

Las paredes de los tramos de entrada y salida de la tubería no deberían tenersoldaduras, rebabas o juntas sobresalientes. Este aspecto es muy importante para

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garantizar que no haya perturbaciones del perfil de velocidades de flujo.Asimismo, la posición del contador debe quedar bien en el centro de la tubería.Además, el diámetro nominal y el diámetro interior de la tubería deben ser lo más

 próximos posible. Si la diferencia entre estos dos diámetros es mayor de loadmisible, es posible programar en la electrónica un factor de compensación.

Quéefectos ti enen los depósitos de materia extraña en el sensor DSC?  

Al contrario que otros tipos de sensores, el sensor DSC es completamenteinsensible a la presencia de materia extraña porque ésta flota libremente corrienteabajo del cuerpo sólido. Se han llevado a cabo experimentos con el hueco delsensor completamente lleno de resina, e incluso en esas circunstancias, no se hanobservado efectos perceptibles en la medición.

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Caudalimetros Magnéticos: principio demedición

 

Escrito por José Carlos Villajulca

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Los caudalímetros electromagnéticos (contadores magnéticos) existen desdeaproximadamente 1939. El clérigo e inventor suizo Padre BonaventuraThürlemann (1909-1997) fue un pionero en el uso industrial de este principio demedición.

El fenómeno físico en el que esta técnica se basa se conoce, sin embargo, desdemucho antes. El físico inglés Michael Faraday (1791-1867) se percató de que al

mover una barra metálica conductora de longitud (L) con velocidad (v) en el senode un campo magnético (B), se induce una corriente eléctrica que genera entre losdos extremos de la barra una tensión (Ue) de algunos milivoltios (Fig. siguiente).Faraday también descubrió que la magnitud de la tensión inducida de este modoes directamente proporcional a la velocidad (v) de movimiento y a la intensidad(B) del campo magnético.

Ue: Tensión inducidaB: Intensidad del campo magnético

L: Longitud del conductor eléctrico (corresponde a la distancia entre loselectrodos en el tubo de medición)

v: Velocidad de movimiento del conductor (corresponde a la velocidad del fluidoen tubo de medición)

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Fig. : Principio de inducción electromagnética según la formulación de M.

Faraday 

En un caudalímetro magnético (Fig. abajo), el fluido conductor que circula por elinterior del tubo de medición corresponde a la barra metálica del experimento deFaraday. Dos bobinas situadas a ambos lados del tubo de medición generan uncampo magnético de intensidad constante. Dos electrodos en la pared interior de

la tubería detectan la tensión inducida por el fluido en movimiento al circular en elseno del campo magnético. El tubo de medición está eléctricamente aislado delfluido y del electrodo por un revestimiento no conductor (por ejemplo, goma,teflón, etc.).

Dado un campo magnético de intensidad constante (B), la ecuación anteriormuestra que la tensión de medición inducida (Ue) es directamente proporcional ala velocidad del fluido (v). Por otra parte, la sección transversal de la tubería (A)es un parámetro conocido, de modo que el caudal volumétrico (Qv) se calculadirectamente a partir de la expresión siguiente:

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Fig. : Principio de medición electromagnética del caudal. 

Fig.: Diseño y construcción de un sensor electromagnético 

Tubo de medición (a) 

En términos físicos, es importante que el tubo de medición no amortigüe nidistorsione el campo magnético. Evidentemente, pues, no vamos a elegir tuberíaselectromagnéticas. Los materiales empleados con más frecuencia son el aceroInoxidable y el plástico.

Revestimiento (b) 

El revestimiento es el aislante necesario entre los electrodos y el tubo de

medición, que impide que la tensión inducida se descargue por la tubería.También es importante tener en cuenta las propiedades fl-sicasy químicas de

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resistencia del revestimiento al fluido.El poliuretano, la goma duray el PFA/PTFE(por ejemplo, teflón) están entre los materiales de uso más habitual.

Sistema de bobinas (c) 

El campo magnético está generado por dos bobinas de hilo de cobre con núcleomagnético montadas fuera del tubo de medición. Los sistemas de excitación

 pueden ser indistintamente de CCy de CA.

Electrodos (d1-d3) 

Además de los electrodos de medición habituales, algunos fabricantes ofrecentipos de electrodos especiales:

- Electrodos de medición (d1) para la detección de tensión Inducida. Lascondiciones de proceso imponen el material de fabricación del electrodo, que

 puede ser de acero inoxidable, hastelloy, tantalio o-platino/rhodio. Electrodoscapacitivos.

- Electrodo de referencia o tierra (d2) para unión equipotencial entre elcaudalímetro y el fluido. Para el mismo propósito se pueden instalar también

discos (anillos) de toma de tierra independientes.

- Electrodo de detección de tubería vacía (d3) para detectar si el tubo de mediciónse halla vacío o parcialmente lleno. El transmisor dispara una alarma si elelectrodo queda descubierto.

En la práctica, la señal detectada en los electrodos proviene de diversas fuentes detensión que interfieren con la tensión inducida y que es necesario filtrar antes de

su procesamiento. Las fuentes de interferencia típicas incluyen el campomagnético terrestre, cargas eléctricas en la pared interior de la tubería y en elfluido y de efectos galvánicos superficiales entre los electrodos y el fluido.

La ventaja principal de este principio de medición es que es insensible a la presión, la temperatura y la viscosidad. El perfil de velocidades del flujo tiene unefecto mínimo en el resultado de la medición. Estas propiedades hacen a loscaudalímetros magnéticos extremadamente atractivos para un amplio abanico deaplicaciones industriales de medición de caudales. En realidad, este principio demedición se emplea en todo el mundo.

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 Fig. : Los caudalímetros magnéticos se fabrican en varios diámetros

nominales, desde DN2 (1/12") hasta DN2.000 (80"). 

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Ventajas e inconvenientes en la utilización deflujometros magnéticos

 

Escrito por José Carlos Villajulca

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Los caudalímetros basados en este principio se emplean en todos los ámbitos de laindustria y en todos los países del mundo. La gran diversidad de modelos permitesu aplicación incluso en procesos altamente corrosivos que involucren lodosabrasivos.

Las posibles limitaciones de presión y temperatura que puedan presentar se debenfundamentalmente a las propiedades del material de revestimiento o a lascaracterísticas particulares de algunos modelos de caudalímetro específicos.

Ventajas: 

- El principio de medición en que están basados es virtualmente independiente dela presión, la temperatura y la viscosidad.

- Permiten mediciones incluso en presencia de partículas sólidas (por ejemplo,lodos de menas).

- Disponen de un amplio rango de diámetros nominales: DN 2 (1/12") hasta3.000 (120").

- Tubo de medición de instalación longitudinal sin partes móviles.- No experimenta pérdidas de carga

- No requiere estrangulamientos en la sección transversal de la tubería (de fácillimpieza -CIP- y esterilización -SIP-, apto para limpieza con cepillo).

- Alto grado de fiabilidad y reproducibilidad de medición, buena estabilidad alargo plazo.

- Gasto mínimo en mantenimiento y renovación.

Inconvenientes: 

- Sólo funciona con líquidos conductores.

- Las mediciones son menos exactas y más difíciles con líquidos pococonductores, por ejemplo, con agua desmineralizada.

- Las deposiciones en el interior del tubo de medición o en los electrodos puedengenerar

errores.

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Maneras de generar un campo magnético 

Para medir con éxito caudales con métodos electromagnéticos es de importanciafundamental el modo como se genera y controla el campo magnético en el tubo demedición. En la actualidad, se emplean dos métodos.

Generación de campo magnético a partir de impulsos de comente continua: 

Un método moderno de eficacia demostrada para generar campo magnéticoconsiste en utilizar impulsos de corriente continua (CC). Se genera asilo que seconoce como "campo CC por impulsos". La polaridad del campo magnético seinvierte periódicamente para que las tensiones de medición consecutivas en loselectrodos (U+, U-) tengan signos opuestos (véase la Fig. siguiente). La tensióninducida es la diferencia entre estos dos valores medidos (Ucaudal).

Este método presenta la ventaja de eliminar las tensiones interferentes, puesto quese anulan en el cálculo. La electrónica transforma el valor de esta tensiónresultante relacionada con la velocidad media del fluido- al valor de caudalvolumétrico correspondiente y lo convierte en una señal de salida estandarizada(por ejemplo, una intensidad entre 4-20 mA).

Fig. : Procesamiento de señal y generación de campo magnético por imputos

de CC. 

Campos magnéticos por impulsos de CA: 

Este método fue el primero que se desarrolló. Una fuente de alimentación CAsinusoidal (por ejemplo, 50 Hz de la red) conectada directamente a unas bobinas,las excita y generan un campo magnético. Por un lado, el campo magnéticoobtenido de este modo es intenso y ofrece un amplio margen para distinguir lo que

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es señal de tensión de lo que es ruido. Este aspecto es de mucha importancia enaplicaciones que involucran fluidos problemáticos como lodos con contenidosólido.

Por otro lado, el valor de tensión medido es muy bajo y puede haber interferenciasdebidas a la tensión CA de alimentación. Estas interferencias pueden tener elorigen en el transformador del caudalímetro o en el mismo cable de alimentación,si éste se halla cerca de los cables de salida de señal. Todas estas fuentes deinterferencia tienen, por supuesto, la misma frecuencia de la línea. Además,también se amplifican y tienden a falsear los resultados de la medición.

Las intensidades de corriente de toma de tierra descargadas a lo largo del sistemade tuberías pueden provocar efectos similares. Ello es inevitable, en particular enindustrias químicas. Las tensiones CA interferentes de esta naturaleza siempretienen un efecto negativo en la reproducibilidad de la medición. Estas tensiones

nunca pueden ser eliminadas por completo, por eficaz que sea el sistema deapantaüamiento y a pesar de todos los circuitos eléctricos auxiliares de que se

 pueda disponer. Sin embargo, los sistemas de generación de campo magnético porimpulsos de CA recientemente desarrollados se muestran prometedores enalgunos tipos de aplicaciones.

Ventajas e inconvenientes 

En la práctica, el método de generación de campo magnético para la medición decaudales que ha prevalecido es el generado por pulsos de CC. Este método esmucho más resistente a tensiones interferentes y su consumo es mucho menor. Las

ventajas que contribuyeron a mantener durante un tiempo los caudalímetros deCA - su capacidad de efectuar mediciones en condiciones de fluctuacionesextremas de caudal, o de medir líquidos poco conductores y líquidos concontenido sólido - se pueden conseguir ahora también en los caudalímetros de CCcon modelos de software compensatorios y con tensiones de excitación superiores

 para el campo magnético.

La falta de un punto cero definido es también otro inconveniente de los métodosde generación de campo magnético por CA. La tensión estacionaria es sinusoidal,

 por lo que no existe un punto de tensión cero definido en el campo generado por

las bobinas. Un campo magnético generado de este modo es inherentementesusceptible de experimentar corrimientos del punto cero y en la mayoría de casoshay que ajustar el punto cero periódicamente. Este método no permite corregir loserrores de punto cero relacionados con el proceso (deriva de cero).

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 Aplicaciones frecuentes de caudalimetrosmagneticos: industrias del agua, procesos yalimentarias

 

Escrito por José Carlos Villajulca

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Este principio de medición se ha venido empleando en todo el mundo durante másde 50 años, como atestigua el hecho de que la popularidad de estos caudalímetrosno ha menguado en absoluto en muchos y diversos campos.

En el entorno industrial, los caudalímetros magnéticos son los más frecuentes eninstalaciones de gestión de aguas, en la industria de procesos, en el sectorfarmacéutico y en la industria alimentaria. Los caudalímetros magnéticosmodernos son tan robustos que se pueden emplear en minería y construcción de

túneles, en las condiciones ambientales más duras, en cualquier tipo de aplicación.Su uso rutinario típico comprende aplicaciones de medición y control de flujoscontinuos, de llenado y dosimetría y de medición en aplicaciones de CustodyTransfer. Estos caudalímetros permiten medir muchos fluidos acuosos: agua,aguas residuales, lodos, pulpas, pastas, ácidos, álcalis, zumos, puré de frutas, etc.

 No pueden medir, por el contrario, ni líquidos no conductores, ni gases ni vapor.

Investigaciones y desarrollos subsiguientes en los campos del diseño de sensores y procesamiento de señales han conducido a un producto con un historial de servicio

 probado y comprobado que posibilita una integración sencilla en aplicacionesaltamente complejas para mediciones, instrumentación y control de alto nivel. Losejemplos reales destacados abajo bastan para ilustrar el estatus de estoscaudalímetros.

Ejemplo de aplicación N° 1 - Agua / Aguas residuales: 

Los caudalímetros magnéticos tienen dos áreas de aplicación principales en laindustria de gestión de aguas:

- Tratamiento y distribución de agua potable a ios consumidores (instalacionesacuáticas, usuarios domésticos, etc.).

- Control de recolección de aguas (tanto residuales como agua de lluvia) para su purificación en plantas de tratamiento de aguas de deshecho para su devoluciónresponsable al medio.

Las leyes y normativas aplicables al control de aguas en sistemas de agua potable,sistemas de alcantarillado y plantas de tratamiento de agua son cada vez más

estrictas, y el seguimiento detallado de las aguas desde su fuente hasta elconsumidor es esencial. Los caudalímetros magnéticos son la elección ideal para

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la medición en varios puntos en estos sistemas y ayudan a identificar y reducir los puntos de fuga.

Fig.: Caudalímetro magnético de peso y tamaño aprobado en un sistema de

suministro de agua. 

Tarea :

El operario de la planta de tratamiento de aguas residuales de un complejoindustrial quiere medir el volumen de aguas residuales que entran en la planta.Para ello, el operario necesita información acerca de los aspectos siguientes:

- Control de los flujos de entrada, de modo que la gestión del proceso se puedaoptimizar en tiempo real.

- Control de volúmenes para cada fuente individual, de modo que los serviciossuministrados por la planta de tratamiento de aguas residuales puedan serlocalizados y facturados al cliente de acuerdo con su uso.

Solución : 

En cada acometida se instala un caudalímetro magnético entre el local del usuarioy el colector general. Los caudales que registra cada caudalímetro magnético se

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transmiten por medio de señales eléctricas al control de la planta de tratamiento.Cada caudalímetro envía además un impulso de señal eléctrica con el recuento delconsumo total de agua (la descarga de agua). Los Caudalímetros magnéticos de

 peso y tamaño aprobados como los de E+H se emplean ampliamente en la gestióndel suministro de aguas para servicios de facturación a clientes comerciales.

Ejemplo de aplicación N°2- Industria de procesos: 

Muchas y variadas son las demandas que se exige cumplir a los caudalímetros enla industria de procesos: resistencia a fluidos agresivos, requisitos para su uso enzonas de riesgo, adecuación para su integración en sistemas de instrumentación ycontrol de procesos, y una buena relación coste-efectividad para su instalación.

Fig. Caudalímetro magnético a dos hilos apto para zonas con riesgo de

explosiones Ex 1/2 de E+H, de fácil instalación en la industria de procesos.  

Tarea :

El operario de la instalación para productos químicos ha de transferir unadisolución de ácido clorhídrico del 33% del tanque de almacenamiento a la zonade producción. El operario ha especificado varias otras funciones además de lamedición del caudal volumétrico:

- El caudalímetro ha de ser químicamente resistente al ácido clorhídrico reactivo.

- El caudalímetro ha de ser fácilmente integrable en la instrumentación y elentorno de medición existentes.

Solución:  

Un caudalímetro a dos hilos de bajo consumo y costes de instalación más

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económicos que cualquier equipo a cuatro hilos convencional (4-20 mA) / apto para zona de riesgo de explosiones Ex 1/2 / interfaces digitales para conexión a unequipo fieldbus / revestimiento de teflón y electrodos de medición de tantalio paraofrecer la máxima resistencia al fluido.

Ejemplo de aplicación N°3- Industria alimentaria: 

En la industria alimentaria son tan importantes las características técnicas de losdispositivos como su adecuación para cumplir con los estándares de higieneexigidos por la norma. La adecuación de los sistemas para permitir la limpieza escrítica en este contexto, y se aplica a los sistemas de medición con el mismo rigorque a cualquier otro aparato del equipamiento de la planta. Este hecho imponeunos requisitos de durabilidad del revestimiento, que deben adecuarse al fluidoque se mide. Los factores críticos son los siguientes: a Diversos procesos de

 producción se desarrollan a temperatura ambiente o inferior. 3 Las temperaturastípicas involucradas en los procesos de limpieza (CIP) y esterilización (SIP)comprenden un campo de valores entre +70 y +140 °C (160 y 285 °F). Paramejorar los efectos de la limpieza se suelen añadir sustancias alcalinas/cáusticas osustancias orgánicas.

Fig : Medición de caudales en la industria alimentaria. Foto: Promag H de

E+H, fabricado con acero inoxidable 

Tarea:  

Un fabricante de yogures quiere inyectar melaza a su producto como reforzante desabor desde un tanque de almacenamiento. Los materiales empleados en la

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construcción del sistema han de poder soportar los esfuerzos que implican los procesos de limpieza y esterilización y deben cumplir con las normas de calidadde la UE (EHEDG) sobre construcción de sistemas en la industria alimentaria.

Solución: 

Un caudalímetro magnético con tubo de medición de instalación longitudinal(apto para limpieza con cepillo, sin restricciones) / cabezal de acero inoxidable /revestimiento de PFA / todos los materiales expuestos al fluido pertenecen a lalista FDA y cumplen con los requisitos que impone el certificado 3-A / el modelocumple con los requisitos EHEDG.

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Preguntas Frecuentes de dimensionamiento enflujometros magneticos

 

Escrito por José Carlos Villajulca

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¿Cómo afecta la conductividad del fluido a la medición? 

Cada fabricante especifica una conductividad mínima que depende de latecnología y las dimensiones de cada modelo. Los cambios en la conductividaddel fluido que se hallen por encima de este umbral no tienen efecto sobre lamedición. Los problemas surgen con fluidos de baja conductividad porqueinducen tensiones bajas en los electrodos. Cuanto más baja es la conductividad,más difícil es distinguir entre las tensiones de medición y las tensiones originadas

 por ruido. El problema se presenta en el extremo inferior del campo de valores demedida. En ese punto, las señales pueden perder totalmente su significatividad, porque resulta imposible distinguir la señal del ruido.

¿Cómo afectan la temperatura, la presión y la viscosidad del fluido a la

medición? 

Sólo los materiales de fabricación del sensor y del revestimiento imponenlimitaciones al rango de aplicabilidad en cuanto a presión y temperatura. Losefectos de la presión, la temperatura y la viscosidad en sí mismas en lasmediciones son despreciables.

¿Cómo afectan las turbulencias y los vórtices a la medición?  

Los caudalímetros magnéticos se ven afectados a veces por las turbulencias que seoriginan, por ejemplo, en las válvulas de control de flujo, las bombas o los codos

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de 90°. La mayoría, de caudalímetros se ven afectados por la formación devórtices, pero los magnéticos lo asimilan mejor porque la extensión del campomagnético tiende a moderar los efectos en las tres dimensiones. Así, los tramosrectos largos corriente arriba reducen la influencia de aquellos elementos. En este

 punto es importante contar con el asesora-miento del fabricante, pues cada modelo

requiere tramos rectos de longitudes diferentes. Es conveniente que los perfiles develocidades en el punto de medición sean lo más simétricos posible.

¿Cómo afecta a la medición eíhecho de no observar las longitudes de los

tramos de entrada y salida recomendadas? 

En estas circunstancias se puede tener un error de medición de más del 1% osuperior. Si, por el contrario, se respetan las longitudes de los tramos de entrada ysalida que el fabricante recomienda, el perfil de velocidades no afecta a lamedición. En cualquier caso, un perfil de velocidades distorsionado por estemotivo afecta en menor grado a un caudalímetro magnético que a uno de turbina,de vórtice, por ultrasonidos o de tipo PD.

¿Qué ventajas e inconvenientes presentan los electrodos de medición

capacitivos? 

Los caudalímetros magnéticos de detección de señal con electrodos capacitivos

 permiten medir fluidos de muy baja conductividad. Además, se ven menosafectados por los sedimentos de materiales aislantes que se posan en la pared deltubo de medición que los dispositivos cuyos electrodos están sumergidos en elfluido.

Por otra parte, la señal de tensión que proporcionan estos electrodos essensiblemente inferior. Este hecho puede provocar irregularidades en los valoresmedidos. Otra desventaja es que este método de medición se ve afectado por loscambios de temperatura. La exactitud de la medición con detección de señalcapacitiva no es tan alta como en el caso de los sensores cuyos electrodos están,

sumergidos.

¿Cómo afectan a la medición las deposiciones de materiales conductores en el

interior de la tubería? 

Las deposiciones en el interior del tubo de medición deberían evitarse en lo posible. Las deposiciones de materiales conductores tienen dos efectos queocurren simultáneamente. El primero consiste en que las deposiciones disminuyenla sección de flujo, con lo que la velocidad del fluido aumenta y se obtiene unvalor del caudal sobreestimado. En segundo lugar, los materiales conductores

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depositados reducen la sensibilidad de los electrodos porque originan señales de baja tensión que infravaloran el caudal real. En casos fortuitos, estos dos efectosse pueden llegar a cancelar mutuamente y dar una lectura correcta. Sin embargo,estos casos son raros y no se suelen dar.

En el peor de los casos, estas deposiciones de materiales conductores puedencortocircui-tar la tensión de medición inducida a los electrodos de tierra. Lasolución consiste en limpiar el tubo de medición o instalar un sensor con uncircuito ECC que mantenga los electrodos constantemente limpios. El circuitoECC aplica periódicamente una tensión de entre 8 y 10 voltios entre el electrodode medición y el de referencia que ayuda al desprendimiento de los materialesconductores depositados. Sin embargo, sólo se pueden eliminar de este modorecubrimientos finos de materiales conductores. Por consiguiente, debemantenerse un ciclo de limpieza preventivo y adecuado a cada aplicaciónespecífica.

¿Cómo afectan a la medición las deposiciones de materiales no conductores

en los electrodos? 

Los materiales no conductores (por ejemplo, grasas de productos lácteos) que sedepositan en los electrodos forman una capa aislante que provoca errores demedición. Y además, como ya se ha descrito, pueden cambiar la sección de flujodel caudal. En consecuencia, la lectura del caudal puede fluctuar, dar un valor más

 bajo que el real o incluso caer a cero. Para evitar estos efectos, se puede aplicar

alguna de estas medidas:

- Limpiar el tubo de medición regularmente.

- Incrementar la velocidad del fluido.

- Emplear electrodos de medición reemplazables (no necesitan interrumpir el proceso). Esta medida sólo es posible con ciertos diámetros nominales.

- Utilizar electrodos de medición de formas especiales, por ejemplo, electrodoscon punta "cabeza de bala" en el caso de deposiciones de películas de aceite.

¿Cómo afecta a la medición la presencia de burbujas de gas o partículas

sólidas? 

La presencia de gases o sólidos en la superficie de los electrodos provoca diversosefectos electroquímicos. Estos efectos afectan directamente a la tensión inducidaque registra el dispositivo de medición.

- Si unas partículas sólidas fluyen cerca de un electrodo, entre ambos pueden

establecerse interacciones electroquímicas de corto alcance que distorsionen lamedición.

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- Las burbujas de gas en la superficie de los electrodos actúan como un aislante.Las infiltraciones de gas en el fluido provocan errores de medición que son

 proporcionales a la cantidad de gas contenida en el fluido. En consecuencia, esconveniente evitar las infiltraciones de gas en el fluido.

Cuando hay gas mezclado con el líquido, es mejor efectuar la medición en unatubería vertical. Se han obtenido buenos resultados para un caudal bifásico concaudalímetros magnéticos, siempre que el contenido en gas no supere el 5% envolumen.

- Las rápidas variaciones del valor de pH o de la conductividad ensustancias químicamente no homogéneas también pueden causar problemas.

El transmisor detecta todos estos efectos como un aumento del ruido (algunos

caudalímetros magnéticos incluyen algoritmos reductores de nivel de ruido).Algunos sólidos magnéticos, por ejemplo en la industria minera, producen camposespúreos poderosos capaces de distorsionar el campo magnético hasta el punto deimpedir cualquier medición. La forma y la longitud de las partículas sólidas

 presentes en el fluido también son factores cualitativos que pueden distorsionar elcampo magnético e influir en la reproducibilidad de la medición. Para ciertasaplicaciones con fluidos problemáticos, habrá que elaborar una disoluciónadecuada entre el fabricante y el usuario. En estos casos es cuando resulta másimportante un conocimiento detallado de la aplicación y del principio demedición.

¿Se pueden medir efectivamente caudales de líquidos con contenido sólido? 

La teoría afirma que cualquier conductor fluido que pueda ser bombeado, puedeser medido. Puede que resulten necesarios algunos sensores especiales, pero engeneral se van a poder medir fluidos con partículas en suspensión, celulosa, pulpao lodos con un grado de reproducibilidad satisfactorio. Obsérvese, sin embargo,que ello va a requerir un software especial que suprima el ruido, además de uncampo magnético potente y a la vez capaz de reaccionar con rapidez cuando sea

necesario. El resultado final de las mediciones en estas condiciones es una mejorrelación entre las señales de interferencia (ruido) y la señal de medición como tal.Se han empleado caudalímetros magnéticos con un alto nivel de ejecución paramedir los fluidos siguientes:

- En la industria minera: fluidos lodosos con contenidos sólidos de hasta el 75 o el80% en peso.

- En la industria papelera: pulpa con fibras de diferentes longitudes, hastacontenidos sólidos de aproximadamente el 20% en volumen.

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- En la industria de gestión de aguas: sedimentos fangosos con bajo contenidoacuoso de hasta un 25% en volumen.

¿Es posible medir caudales de fluidos abrasivos? 

Sí. En estos casos es importante seleccionar un material de revestimiento delsensor adecuado, en particular si el fluido es altamente abrasivo. Los electrodos detipo cepillo tienden a desgastarse menos y suelen ser la primera opción en lasaplicaciones de esta naturaleza.

¿Cómo afecta a la medición una tubería sólo parcialmente llena?  

Si la tubería está vacía, los electrodos de medición no están sumergidos en elfluido y la medición no es posible. Si la tubería está parcialmente vacía perosuficientemente llena para que los electrodos de medición estén en contacto con elfluido, el error de medición será proporcional al contenido de aire. Aunque se handesarrollado modelos especiales para aplicaciones de este tipo, todavía se hallanen una fase experimental.

Fig: La instalación del caudalímetro magnético en un sifón invertido asegura

que el tubo de medición esté siempre completamente lleno. La abertura para

la limpieza (abajo) sirve para retirar los sólidos que puedan quedar

acumulados en el sifón y para las operaciones regulares de limpieza.  

Se han obtenido excelentes resultados instalando el sensor en una tubería vertical, puesto que en estos casos, el riesgo de que la tubería esté parcialmente vacía es

relativamente bajo. Siempre es recomendable no instalar el sensor en el punto másalto de una tubería (por el riesgo de acumulación de gases) o corriente arriba de

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una descarga libre (porque el fluido podría ser turbulento). En tuberías en pendiente, el caudalímetro debería estar instalado en un sifón invertido paraasegurarse de que el fluido siempre rellena el tubo de medición (Fig. arriba). Elsensor puede estar equipado con un electrodo de detección de tubería vacía, quedetecta automáticamente cuándo las tuberías están sólo parcialmente llenas y

dispara una alarma.

¿Cómo afecta la "supresión de caudal residual" a la medición? 

El propósito de la función de supresión de caudal residual es evitar que elcaudalímetro registre un caudal mínimo en el extremo inferior del campo devalores de medida, provocado por ejemplo por una flucuación de una columna defluido en un estado estacionario. Si se alcanza el punto de supresión de caudalresidual, el software del transmisor elimina todas las señales de caudal (= caudalcero).

¿Cuánto mantenimiento requiere un caudalímetro magnético? 

En términos generales, los caudalímetros magnéticos son dispositivos de bajomantenimiento. Sin embargo, para limpiar el tubo de medición habrá que retirardeposiciones y otros restos que puedan tener influencias mecánicas. Las empresasde distribución de caudalímetros más importantes ofrecen un recalibrado del

aparato o herramientas de diagnóstico adecuadas para detectar estas influencias enuna etapa temprana.

¿Qué importancia tiene una buena puesta a tierra en la toma de medidas? 

Al ser la tensión de medición muy baja, es necesario descargar por algún métodoefectivo y adecuado la tubería de las posibles corrientes espúreas que pudieransurgir. Ello se consigue con la ayuda de anillos de toma de tierra. Asegurar una

 buena puesta a tierra del fluido es, pues, imprescindible. En circunstanciasnormales, este requisito se satisface si la propia tubería es metálica.

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 Principios de medición de FlujometrosUltrasonicos: efecto doppler y tiempo de transitode la señal

 

Escrito por José Carlos Villajulca

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El ámbito de la medición por ultrasonidos abarca muchos modelos y tipos decaudalímetros muy distintos. El término "ultrasónicos" no es una característicainequívoca de un tipo de caudalímetros. "Ultrasónicos" indica solamente que lavelocidad del caudal se mide por medio de ultrasonidos. El caudal se mide enrealidad por alguno de los dos métodos siguientes:

- El método por efecto Doppler

- El método por tiempo de tránsito de señal

El método del efecto Doppler 

Un caudalímetro de efecto Doppler se sirve del efecto Doppler (conocido tambiéncomo corrimiento Doppler) para medir caudales. Este fenómeno físico nos resultafamiliar porque pertenece al ámbito de nuestra experiencia cotidiana. Es el efectoque se produce cuando un frente de ondas se refleja en un objeto en movimiento.

La frecuencia de las señales acústicas de, digamos, una ambulancia que seaproxima a nosotros se reduce sensiblemente una vez que nos ha sobrepasado. Elefecto Doppler es, pues, un incremento (o una disminución) de la frecuencia de lasondas sonoras a medida que la distancia entre una fuente sonora y un receptoraumenta o disminuye.

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Una condición previa para que el caudalímetro de efecto Doppler funcione es queel fluido contenga partículas, burbujas de gas u otras inhomogeneidades similares,que reflejen las ondas de sonido. Con este propósito, un caudalímetro de efectoDoppler requiere dos sensores. El primero emite por el fluido una onda de

ultrasonidos a una frecuencia determinada y el segundo recibe la onda reflejada(Fig. siguiente).

Fig.: Medición de caudal por efecto Doppler con ultrasonidos. La frecuencia

de las ondas emitidas (f1) y reflejadas (f2) varía en función de la velocidad del

caudal de las partículas/burbujas transportadas 

La variación producida en la frecuencia del haz de ondas sonoras reflejadas esdirectamente proporcional a la velocidad de las partículas o burbujas del flujo enmovimiento. Se asume que la velocidad de las partículas o burbujas de gas es lamisma que la velocidad del fluido. Entonces, el cálculo del caudal viene dado porla expresión siguiente:

Q = K * Δf  

Δf: Variación de la frecuencia (f1 - f2)

K : K = Constante = f (ángulo de incidencia/reflexión, posición de la partículareflejante, sección transversal)

El método del efecto Doppler es simple y bastante exacto cuando se mide lavelocidad de una sola partícula. Pensemos en un agente de la policía de tráfico consu radar que circula por la carretera. Cada vez puede determinar la velocidad de unúnico vehículo, pero no puede medir la velocidad promedio del flujo de tráfico.

La situación es parecida en el caso de querer medir un caudal de fluido. En estecaso también es necesario medir la velocidad de muchas partículas. Pero la

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velocidad de cada partícula es distinta según su orientación y su posición en el perfil de velocidades del fluido. Calcular el caudal exige hacer un promedio ponderado de los resultados de cada medición en función de la posición de cada partícula en el fluido. Además, hay que tener en cuenta que una señal reflejada puede verse afectada por más partículas/burbujas en su camino de vuelta.

Fig.: Medición del caudal por ultrasonidos a partir de! tiempo de tránsito de

la señal La velocidad a la cual se propagan las ondas sonoras varía según la

velocidad del fluido y su dirección 

Método del tiempo de tránsito de la señal 

Este método se basa en el hecho de que la velocidad del fluido influyedirectamente en la velocidad de propagación de las ondas sonoras en dicho fluido.

Este fenómeno se puede entender en términos sencillos a partir de una analogía:

nadar contra corriente requiere más esfuerzo y tiempo que nadar en el sentido dela corriente. El método de medición de caudales por ultrasonidos a partir deltiempo de tránsito de la señal se basa en esta evidencia física (véase la anterior).

Dos sensores instalados en la tubería emiten y reciben impulsos de ultrasonidossimultáneamente. A "caudal cero", ambos sensores reciben las ondas sonorastransmitidas al mismo tiempo, es decir, sin ningún retardo en los tiempos detránsito de la señal. Pero con un fluido en circulación, las ondas sonoras

 procedentes de cada sensor necesitan intervalos de tiempo distintos (dependenciaen el caudal) para llegar al otro sensor. Si la distancia entre los dos sensores esconocida, la diferencia en los tiempos de tránsito de la señal es directamente

 proporcional a la velocidad del fluido.

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Ambos sensores están conectados a un transmisor. El transmisor induce a lossensores a generar ondas sonoras y medir el tiempo de tránsito de estas ondas quese propagan de uno a otro sensor.

Q = K * (t1 - t2) / (t1 * t2) 

t1: Tiempo de tránsito de la señal t1 (en el sentido de la corriente)

t2: Tiempo de tránsito de la señal t2 (contra corriente)

K : K = Constante = f (longitud del camino acústico, razón entre las distanciasradiales y axiales de los sensores, distribución de velocidades (perfil develocidades de flujo), sección transversal)

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Tipos y diseños de caudalimetros porultrasonido: clamp-on y de insercion

 

Escrito por José Carlos Villajulca

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Actualmente disponemos de varios tipos de sensores de ultrasonidos, que permiten su instalación directamente en la tubería o que pueden venir ya preinstalados en un tubo de medición. Distinguimos dos suhgrupos de este tipo desensores, según se empleen con el método del efecto Doppler o con el método detiempo de tránsito de la señal:

■ Los sensores de fijación externa, tipo "clamp-on"

■ Los sensores de inserción

Sensores de fijación externa, tipo "clamp-on" 

Las ondas sonoras pueden atravesar la materia sin causarle efectos perjudiciales.Gracias a esta propiedad, las ondas sonoras resultan de gran utilidad paraaplicaciones en diagnósticos médicos, en pruebas de resistencia de materiales y enmedición de caudales. En lo que concierne a la medición de caudales, dicha

 propiedad permite que el sensor pueda hallarse en el exterior de la tubería y notenga que estar necesariamente en contacto con el fluido. Nos referimosnormalmente a los dispositivos montados de esta manera como sensores defijación extema (Fig. siguiente). Una característica de los sensores de fijaciónexterna es que las ondas ultrasonoras siempre atraviesan todo el diámetro centralde la tubería porque la pared de la tubería permite el paso de las ondasultrasonoras.

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 Fig. : Los sensores de fijación externa se montan directamente en el exterior

de la tubería. Un riel especial de montaje facilita su posicionamiento exacto.  

Sensores de inserción 

Los sensores que se hallan en contacto directo con el fluido se conocen como"sensores de inserción o de inmersión". Los sensores de inserción se empleancuando la tubería está hecha de materiales como el hormigón granular, que nodejan pasar las ondas sonoras. También se emplean en caudalímetros con sistema

 por tiempo de tránsito de la señal mul-ticamino, es decir, que miden caminosacústicos distintos del que pasa por el plano medio de la tubería. Un ejemplo deello son los sistemas de camino acústico dual. Los sistemas multicamino ofrecenun mejor comportamiento lineal y son menos susceptibles a las perturbaciones enel perfil de velocidades de flujo.

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 Fig. : Los sensores de inserción están inmersos en el fluido. El soporte de

instalación del sensor está soldado a la pared de la tubería. Foto: Sensores de

inserción "Prosonic How", de E+H. 

Tubo de medición/sensor en línea: 

Los sensores de ultrasonidos pueden sujetarse directamente a la tubería (sensoresde fijación externa) o bien pueden ir soldados a la pared de la tubería (sensores deinserción). Así, los tubos de medición prefabricados no resultan imprescindible

 para los caudalímetros de ultrasonidos. Un tubo de medición actúa básicamentecomo soporte para los sensores.

Fig.: Tubo de medición prefabricado con cuatro sensores de inserción y dos

caminos acústicos de medición. Foto: Caudalímetro en línea "Prosonic Flow"

de E+H. 

Los tubos de medición prefabricados (véase la Fig. anterior) resultan ideales paratrasladar exactitudes de medición determinadas en el laboratorio directamente al

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lugar de ejecución. Un sensor en línea consiste en un tubo de medición prefabricado completo con sensores de inserción preinstalados. Lasconfiguraciones de este tipo suelen emplear sensores en línea con un sistemamulticamino que consta de dos, tres o cinco pares de sensores.

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 Ventajas. inconvenientes y aplicaciones decaudalimetros ultrasonicos

 

Escrito por José Carlos Villajulca

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Ventajas: 

- Se pueden emplear con diámetros nomínales muy pequeños (DN desde 15 hasta4.000 / desde 1/2 hasta 160").

- Permiten medir fluidos muy corrosivos sin que haya contacto directo.

- No experimentan pérdidas de carga

- Esperanza de vida útil alta.

- Constante de tiempo mínima: 1 a 20 ms para caudalímetros de alto nivel.

- Los sensores de ultrasonidos pueden ser montados a posteriori, tanto los defijación externa como los soldados a la tubería.

- El principio de medición es independiente de las propiedades físicas del fluido,si éste es homogéneo.

Inconvenientes: 

- Los resultados de la medición son altamente dependientes del perfil develocidades del flujo porque la velocidad del fluido se mide a lo largo de unestrecho camino acústico, o pequeña zona en que se lleva a cabo la medición.

- Grado de exactitud intermedio a bajo. La exactitud es fuertemente dependientede las propiedades de propagación de las ondas sonoras del fluido.

- Las deposiciones en la tubería o en el sensor provocan fallos del equipo y erroresde

medición.

- El método de medición por efecto Doppler sirve sólo para algunos tipos deaplicaciones,

 por ejemplo, el control de caudales.

Limitaciones:

- Grandes cantidades de materia intrusa en el fluido.

- Campo de valores de temperaturas del fluido.

- Perfiles de velocidades de flujo excesivamente perturbados

Aplicaciones 

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Los caudalímetros de ultrasonidos son versátiles. Permiten medir gases, vapor ylíquidos. Las restricciones que presentan estos caudalímetros provienen

 principalmente de su propia "integridad física", es decir, de las limitacionesrelacionadas con, por ejemplo, la resistencia al calor; o, en un nivel mucho menos

significativo, de otros factores como un bajo nivel de propagación acústica en elfluido. Aunque sólo unos pocos fluidos presentan una propagación del sonido tan

 pobre que no puedan funcionar con caudalímetros de este tipo. Sin embargo, otrasinfluencias externas como los fluidos bifásicos o fluidos con un contenido en

 partículas sólidas en suspensión demasiado alto pueden llegar a atenuarsignificativamente las ondas de ultrasonidos. Los dos ejemplos reales siguientesilustran la diversidad de aplicaciones posibles para caudalímetros de fijaciónexterna.

Ejempl o N°1  - Montaje a posteriori sin interrupción de servicio 

Un sistema de suministro de agua para unos 18 millones de consumidores se iba adividir entre dos operarios. Para tener correctamente localizado el consumo de losusuarios, era necesario proveer las tuberías con caudalímetros. La carga de la redera de 30.000 litros por segundo (7.900 US gal/s), por lo que se desechó la opciónde cortar el suministro para la operación. Enseguida se entendió que los sistemasde medición por ultrasonidos resultaban la opción más adecuada y que no habíaninguna alternativa seria a ésta. Los caudalímetros se montaron en el exterior delas tuberías de acero (con revestimientos de cemento, DN desde 1.000/40" hasta

3.000/120") sin necesidad de modificarlas (Fig. siguiente). No fue necesarioningún tipo de trabajo estructural y el suministro de agua se mantuvoininterrumpido.

Las mismas ventajas resultaron evidentes en una fábrica de automóviles. Denuevo, la producción no tuvo que ser interrumpida para instalar los caudalímetros

 por ultrasonidos.

Además, el mismo tipo de sensores se montó en todas las tuberías con diámetrosnominales desde DN 80 (3") hasta superiores a DN 300 (12").

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 Fig.: Montaje a posteriori de sensores ultrasónicos de fijación externa en una

red de tuberías de suministro de agua (DN 1.400/55"). 

Ejempl o N°2  - Sustitución de un caudalímetro defectuoso 

Los caudalímetros por ultrasonidos son sustitutos habituales de equiposconvencionales defectuosos. Una central eléctrica empleaba tanto agua de un ríocomo agua de mar para refrigeración. Para evitar aumentos demasiado bruscos dela temperatura en los flujos de retorno, la velocidad del fluido se controlaba yregulaba en dos puntos, a la entrada y en la descarga, con caudalímetroselectromagnéticos.

Durante una comprobación rutinaria de mantenimiento, los operarios descubrieronque una bobina de uno de los caudalímetros estaba estropeada, y decidieronreemplazar las dos. Esto habría requerido en general cortar el suministro. Otro

 problema era la dificultad de obtener caudalímetros magnéticos nuevos deltamaño adecuado (DN 700 a 900 / 28 a 36") en un tiempo razonable.

Hubo algunas reservas respecto a si los sistemas por ultrasonidos resultarían unasolución viable, porque el material de fabricación de las tuberías, fibra de vidrioreforzada, era prácticamente impermeable al sonido. Un simple paseo por losalrededores resolvió este problema: los sistemas de medición de caudales porultrasonidos se acoplaron simplemente sobre los tubos de medición de los

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caudalímetros magnéticos originales (Fig. 76). Los tubos de medición fueronextraídos, las cubiertas y las bobinas de los caudalímetros electromagnéticosretiradas y se cambió el revestimiento original por uno de goma blanda. Bastarontres días de trabajo para completar la operación.

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 Preguntas frecuentes para diseñar, instalar ydimensionar flujometros ultrasónicos

 

Escrito por José Carlos Villajulca

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¿Cómo afectan a la medición las deposiciones de materiales conductores en el

interior de la tubería? 

Como en cualquier principio de medición de la velocidad del fluido, unareducción de la sección transversal de la tubería provoca errores en el cálculo delcaudal de volumen. Por otra parte, las deposiciones pesadas de materiales en los

sensores pueden causar además la atenuación de la señal de salida.

¿Cómo afecta a la medición por tiempo de tránsito de señal la presencia de

gases o partículas sólidas? 

La presencia de sólidos y gases atenúa la señal de ultrasonidos. La medición sevuelve problemática si el contenido en partículas sólidas o gases supera en 1% envolumen. A partir de un 2% en volumen, la medición por este método se vuelveimposible. Los sólidos fibrosos, habituales en alcantarillados y en instalaciones

 papeleras para la fabricación de pulpa, son particularmente difíciles. Las partículasfinas de tipo arenoso, en cambio, no presentan tantos problemas.

¿Qué ocurre si no se tienen en cuenta los tramos de entrada y salida

recomendados? 

Si el perfil de velocidades no está completamente bien formado corriente abajo delos eventuales accesorios, puede provocar errores cuya magnitud dependerá del

 principio de medición y de la posición del sensor. Este efecto se da en particularcon el perfil de flujo asimétrico turbulento que se forma tras un codo. Para estoscasos resultan mejor los sistemas de medición multicamino que los sistemas de unsolo camino.

¿Cómo afecta a la medición una tubería sólo parcialmente llena?  

En este caso hay que hacer adaptaciones especiales. El método de tiempo de

tránsito de la señal nos proporciona la velocidad de flujo, pero además hay quemedir el nivel de agua.

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¿La medición por ultrasonidos depende de la velocidad del fluido? 

 No. La medición de los equipos de medición de caudales por ultrasonidos esindependiente de la densidad del fluido.

¿La medición por ultrasonidos depende de la temperatura del fluido? 

Un cambio en la temperatura del fluido provoca un cambio en la velocidad de lasondas sonoras. Los caudalímetros de ultrasonidos que funcionan según el métodode tiempo de tránsito de la señal eliminan este efecto porque se compensa al medir

las velocidades del fluido en el sentido de circulación y en sentido contracorriente.

¿Qué diferencias fundamentales presentan el método del tiempo de tránsito

de la señal y el método del efecto Doppler? 

El método del tiempo de tránsito de la señal se emplea para mediciones deexactitud con fluidos limpios. En este método, el contenido de burbujas de gas ode partículas sólidas en el fluido no debe superar el 1% en volumen. De hecho,

este método no requiere la presencia de burbujas de gas o partículas sólidas en elfluido.

En cambio, el método del efecto Doppler se emplea mayoritariamente en lamedición de caudales y/o la estimación de perfiles de velocidades. Este método esadecuado para fluidos con presencia de gas o partículas sólidas en contenidosuperior al 1% en volumen. La velocidad del fluido se determina a partir de lavariación de la frecuencia entre la señal transmitida y la reflejada. Con talesfluidos pueden alcanzarse exactitudes de medición de entre 3 y 10%.

¿Dónde se emplean los sensores ultrasónicos de fijación externa? 

Los sistemas de fijación externa son adecuados para una gran variedad deindustrias en aplicaciones como las siguientes:

- Para instalación de un caudalímetro en una tubería sin tener que interrumpir elservicio.

- Para supervisión-medición en varias tuberías.

- En aplicaciones con fluidos muy corrosivos.

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Antes de hacer uso de un equipo de fijación externa, es necesario conocer los parámetros siguientes para evitar que el error sea mayor del necesario:

- El grosor de la pared de la tubería- El material de fabricación de la tubería

- El material de recubrimiento de la tubería y su grosor

- La velocidad del sonido en el fluido (o alternativamente: la temperatura y el tipode fluido)

¿Qué importancia tiene un buen posicionamiento de los sensores de

ultrasonidos? 

La posición exacta de ambos sensores de ultrasonidos puede calcularse a partir delos parámetros mencionados en la pregunta anterior. Un montaje poco precisoafecta al factor de calibración y a la sensibilidad a la presencia de partículassólidas en el fluido. Los sensores se suelen montar con rieles de instalación,abrazaderas, etc., especiales.

¿Para qué diámetros nominales es posible utilizar equipos de fijación

externa? 

El diámetro nominal más pequeño que permite la instalación de un equipo defijación externa en el estado actual de la técnica es de DN 20 (3/4").

¿Cuál es la influencia del perfil de velocidades en la medición? 

Un perfil de velocidades bien definido es muy importante porque loscaudalímetros por ultrasonidos normalmente registran la velocidad del fluido a lolargo de una simple línea recta, es decir, a lo largo del camino acústico del haz.Algunos sistemas de medición emplean dos o más caminos acústicos para reduciro compensar este efecto (Fig. abajo).

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 Fig.: Medición por ultrasonidos con sistemas de camino acústico simple (a) y

doble (b) 

¿Cómo influye el grosor del revestimiento a la ejecución de los sensores de

fijación externa? 

Los revestimientos gruesos atenúan las señales de ultrasonidos. Hay que tenersiempre presente el tipo de revestimiento y su grosor.

¿Los sensores de ultrasonidos son sensibles a sonidos procedentes de la

estructura o del fluido? 

Los sonidos que generan las bombas o las válvulas son de frecuenciasesencialmente más bajas, de modo que resulta fácil distinguir la señal deultrasonidos del ruido espúreo.

¿Es peligrosa la exposición prolongada de las personas a los ultrasonidos?  

Las ondas procedentes de un emisor de ultrasonidos se transmiten con mayorfacilidad en el seno de un líquido que en el aire y por ello circulan por el fluidoantes que hacia el exterior. Además, los emisores de ultrasonidos suelen estarcontenidos en el interior de un cabezal de acero que bloquea la transmisión delsonido hacia el exterior. Por lo tanto, la intensidad de las ondas sonoras queescapan al aire es muy baja y no constituye ningún riesgo para la salud.

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Fig. : Instalación y posicionamiento de sensores ultrasónicos de fijación

extema con rieles de montaje. No hay necesidad de interrumpir el servicio. 

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 Caudalimetros másicos Coriolis: principio demedicion

 

Escrito por José Carlos Villajulca

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En muchos ámbitos de la industria es más interesante medir caudales másicos quecaudales volumétricos. En algunos procesos de la industria alimentaria, porejemplo, productos como las pastas, las pulpas o el yogur se suelen envasar por

 peso, y no por volumen. Por este motivo, en las etiquetas de los envases de estos productos se informa al consumidor del peso del producto en lugar de su volumen.El motivo de ello es que el volumen de la mayoría de líquidos puede variarnotablemente por influencia de las condiciones físicas de presión, temperatura ydensidad.

Por el contrario, la masa de un fluido no se ve afectada por estas influencias - demodo que la medición del caudal másico presenta algunas ventajas que el caudalvolumétrico simplemente no puede ofrecer. Este es un aspecto de particularimportancia en el recuento de caudales para el envasado y la facturación.

El modo habitual de determinar la masa de un cuerpo es pesarlo. Pero desde el punto de vista de la ingeniería surgen grandes dificultades cuando se intenta pesar

directamente una masa que fluye de manera continua por un sistema de tuberías.Sin embargo, en las últimas décadas ha aparecido un principio de medición que posibilita medir de forma directa y continua caudales másicos en tuberías, a saber:la medición de caudales másicos por principio Coriolis. En algunas aplicacioneses más razonable aplicar este principio que determinar la masa por métodosindirectos a partir de la medición del caudal volumétrico y la densidad (volumen xdensidad = masa).

Principio de medición 

La primera descripción de este principio se atribuye comúnmente al físico ymatemático francés por cuyo nombre se conoce: Gaspar Gustave de Coriolis

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(1792-1843). El efecto ocurre solamente en sistemas en rotación, por ejemplo entiovivos o en la superficie en rotación de nuestro propio planeta; pero no debeconfundirse con la fuerza centrífuga. Aunque el uso del término "fuerza deCoriolis" está muy difundido, la descripción de dicha fuerza suele ser complicada,y mucho su explicación. Esta fuerza aparece cuando en un sistema se superponen

movimientos en línea recta y movimientos rotativos.

En la Figura siguiente se ilustra un ejemplo práctico:

Una persona quieta sobre una plataforma circular giratoria a medio camino entreel centro y el borde sólo tiene que tumbar su peso ligeramente hacia adentro paracontrarrestar la fuerza centrífuga (izquierda). Sin embargo, si la persona sedesplaza desde el centro hacia el borde de la plataforma giratoria, a medida queavanza percibe un aumento de la velocidad de giro y aparece la fuerza de Corioliscomo reacción a las fuerzas de inercia. La fuerza de Coriolis tiende a desviar la

 persona de la trayectoria más corta sobre la plataforma giratoria (es decir, la línearecta sobre el radio de la plataforma circular). Cuanto mayor sea la velocidad degiro de la plataforma, mayor el peso déla persona y mayor su velocidad dedesplazamiento hacia el borde de la plataforma circular (su "caudal másico"),mayor será el efecto de la inercia y mayor se percibirá el efecto de la fuerza deCoriolis.

En términos matemáticos, el valor de la fuerza de Coriolis (Fc) es directamente proporcional a la masa en movimiento (m), a la velocidad angular de rotación (co)

y a la velocidad radial (vr) en el sistema en rotación:

Fig.: Causas y efectos de la fuerza de Coriolis en una plataforma circular

giratoria. 

 Las fuerzas de Coriolis se presentan siempre que en un sistema se superponen

movimientos lineales con movimientos rotacionales (derecha). En ausencia delmovimiento lineal (izquierda, persona en reposo), sólo se perciben las fuerzas

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centrífugas. 

En un caudalímetro de caudal másico de efecto Coriolis, cada partícula individualde masa se halla sometida a la misma influencia que el cuerpo de la persona en la

 plataforma giratoria que vemos en la ilustración anterior (véase la Fig. siguiente).El movimiento de giro que origina la fuerza de Coriolis en la descripción anteriorse sustituye en el caudalímetro por un movimiento de oscilación del tubo demedición en su frecuencia de resonancia.

- A caudal cero, cuando el fluido está en reposo, no hay movimiento lineal (a). Porlo tanto, no se observan fuerzas de Coriolis.

- Por el contrario, cuando la masa de fluido circula, el movimiento inducido por laoscilación (equivalente a una rotación) del tubo de medición se superpone al

movimiento lineal del fluido en circulación, los efectos de la fuerza de Coriolis"retuercen" los tubos de medición (b, c), y los sensores (A, B) a la entrada y a lasalida registran una diferencia de tiempos en este movimiento, es decir, unadiferencia de fase. Cuanto mayor sea el caudal másico, mayor será la diferencia defase (véase la Fig. A).

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Fig. : El principio de medición de Coriolis (para una explicación detallada:

véase la Fig. abajo). a = Caudal cero: estado de oscilación de los tubos de medición a caudal cero

 b - Circulación del caudal -> estado de oscilación de los tubos de medición en elintervalo de tiempo 1

c = Circulación del caudal -> estado de oscitación de los tubos de medición en elintervalo de tiempo 2

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Fig. A: Fuerzas de Coriolis y geometría de la oscilación en los tubos de

medición. 

Cuando el fluido circula, las partículas de masa se mueven a lo largo del tubo demedición y están sometidas a una aceleración lateral sobrepuesta debida a lasfuerzas de Coriolis (Fc). A la entrada del tubo, las partículas de masa (m)experimentan un desplazamiento que las aleja del centro de rotación (Z1), yregresan de nuevo al centro (Z2) a medida que se aproximan al extremo de salida.Las fuerzas de Coriolis actúan en sentidos opuestos a la entrada y ala salida y eltubo de medición empieza a. "torcerse". Este cambio de geometría en la oscilacióninducida en el tubo de medición se registra en los sensores (A, B) a cada extremodel tubo como una diferencia de fase. Esta diferencia de fase (Δω) es directamente

 proporcional a la masa del fluido y a la velocidad de circulación (v) del mismo; por lo tanto también al caudal máslco.

Un aspecto importante al aplicar los caudalímetros de efecto Coriolis es la posible presencia de influencias externas, como por ejemplo vibraciones de la tubería. Lasvibraciones en los sistemas de tuberías suelen tener frecuencias de vibración entre50 y 150 Hz. Por otra parte, las frecuencias de resonancia típicas de loscaudalímetros de efecto Coriolis de E+H están entre 600 y 1.000 Hz; estoscaudalímetros son, por lo tanto, inmunes a las vibraciones inducidas en el sistemade esta naturaleza. Además, por el mismo motivo, estos dispositivos de mediciónno necesitan ningún tipo de montaje especial inhibidor de vibraciones.

El campo de valores de los diámetros nominales habituales disponibles va desdeDN 1 hasta 300 (1/24 hasta 12"). Sin embargo, en la práctica podemos hallar

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desde dosificadores de cantidades muy pequeñas en aplicaciones farmacéuticashasta aplicaciones de carga y descarga de navios mercantes. La elección de losmodelos es correspondientemente amplia.

Medición de densidades: 

Los tubos de medición están en oscilación constante a su frecuencia deresonancia. Si la densidad del fluido cambia, y por tanto, la masa del sistemaoscilante (tubo de medición más fluido), la frecuencia de oscilación se ajustacorrespondientemente. La frecuencia de resonancia es, pues, una función de ladensidad del fluido y puede ser utilizada como una señal de salida adicional.

Medición de temperaturas: 

La temperatura de los tubos de medición se determina para calcular el factor decompensación, que tiene en cuenta los efectos de la temperatura. Esta señalcorresponde a la temperatura de proceso y también está disponible como señal desalida.

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 Ventajas, inconvenientes y diseños deflujometros masicos Coriolisos 

Escrito por José Carlos Villajulca

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Ventajas: 

- Principio de aplicación universal para medir caudales de líquidos y gases.

- Medición directa del caudal másico (no requiere compensación de presión ytemperatura).

- El principio de medición no depende de la densidad ni de la viscosidad delfluido.

- La exactitud de medición es muy alta (típicamente ±0,1% v.L).

- El sensor es multivariable: mide a la vez el caudal másico, la densidad y latemperatura.

- Es insensible a los cambios en el perfil de velocidades.

- No requiere tramos de entrada y salida.

Inconvenientes: 

- La inversión económica inicial es relativamente alta.

- El coste de Instalación pueden ser considerable, según el tipo de modelo y elfabricante.

- El rango de temperaturas es limitado: típicamente de -50 a +350 °C (-60 a +660°F).

- Su uso se restringe a fluidos con bajo contenido en gases y a fluidos en una solafase.

- Algunos modelos de gran tamaño son muy pesados.

Sistemas de medición de tubo doble  

En la mayoría de caudalímetros de tubo doble, los tubos de medición oscilan acontrafase; esta disposición mantienen efectivamente desacoplado el caudalímetrode las influencias debidas a vibraciones externas. Hay varios tipos decaudalímetros de tubo doble. En lo que concierne a las características geométricas

de los tubos de medición, cada fabricante ofrece geometrías distintas y se puedenencontrar modelos de tubos rectos, curvados o ligeramente arqueados. Los tubos

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rectos o ligeramente arqueados que emplea E+H permiten construir sensorescompactos y ahorradores de espacio (Fig. siguiente):

Fig.: Caudalímetros de caudal másico de efecto Corioiis de E+H (ejemplos). - Promass F (dos izquierda): Sensor estándar versátil, también apto para

caudales grandes. 

- Promass A (arriba, derecha): Sistema de tubo simple para volúmenes de caudal

 pequeños (DN l a 4, 1/24 a 1/6"). 

- Promass I (centro): Sistema de medición de tubo simple diseñado para

aplicaciones higiénicas. 

- Promass E (centro, derecha): Sistema de medición con un coste de adquisición

en propiedad inferior en relación con los sistemas de medición "tradicionales" en

aplicaciones comparables. - Promass M (abajo, izquierda): Sistema de medición para presiones de proceso

de hasta 350 bar (5.000 psi). 

-Promass H (nabajo, derecha): Sistema de tubo simple especial para fluidos

químicamente agresivos. 

Sistemas de medición de un solo tubo  

Los sistemas de medición de un solo tubo presentan diversas ventajas respecto alos de tubo doble:

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- Son fáciles de limpiar.

- Las pérdidas de carga son significativamente inferiores.

- Los esfuerzos inducidos en el fluido son-menores porque no necesitan un tabiqueseparador que reparta el caudal en dos tubos de medición.

El inconveniente de este diseño - un único tubo de medición oscilante - es que eldesacoplo, característica inherente en los caudalímetros de tubo doble, no seobtiene de modo inmediato. Por lo tanto, hay que cuidar durante la etapa dedesarrollo de proveer al caudalímetro de características que desacoplenefectivamente el sistema de influencias externas.

El sistema de " equil ibr io por torsión " :  

E+H consigue este desacoplo combinando la alta frecuencia de resonanciacaracterística con su sistema patentado de equilibrio por torsión, Torsión ModeBalanced™ (TMB). En el caso del sensor de tubo simple Promass I, el equilibrio

necesario para que el sistema efectúe una medición correcta se consigue pormedio de una masa pendular dispuesta excéntricamente en el tubo de medición,que oscila en sentido contrario para conseguir un efecto de torsión (Fig. siguiente).Gracias a este equilibrio del sistema integrado, Promass I resulta tan fácil deinstalar como cualquier sistema de tubo doble. No se requieren montajesespeciales inhibidores de vibraciones corriente arriba ni comente abajo del sensorde medición.

El sistema de medición Promass I permite determinar incluso la viscosidad "encadena", como un parámetro más del proceso.

Fig. 83: Inhibición de las vibraciones por el sistema de "equilibrio por torsión

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" de Promass I. 

 Este sistema de medición de tubo simple fue Introducido en 1997 por E+H y no

requiere ningún tipo de soporte ni de accesorio añadido en absoluto. 

w = Velocidad angular, m1 = Masa del tubo de medición más el fluido, m2 =

 Masa pendular, 

v1 = Velocidad de m1, v2 = Velocidad de m2, p = Momento lineal  

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 Aplicaciones de los flujometros masicos Coriolis 

Escrito por José Carlos VillajulcaCompartir  Las ventajas de la medición de caudales másicos por efecto Coriolis saltan a la

vista, porque este principio de medición no está afectado por factores físicos comola conducía puede ser medido todo tipo de fluidos: detergentes y disolventes,aceites de quemar y combustibles, aceites vegetales, grasas animales, látex, aceitesde silicona, tolueno, benzeno, alcohol, metano, zumos de frutas, pasta de dientes,aceites de cocina, vinagre, ketchup, mayonesa, gases, gases licuifizados (butano,

 propano, gas natural), etc.

Los caudalímetros de efecto Coriolis registran simultáneamente la densidad delfluido y el caudal másico, y con la ayuda de sensores de temperatura, también

 pueden supervisar la temperatura del fluido. Ciertamente, pues, podemos designareste tipo de medición como "medición multi-variable".

Las variables de medición primarias, esto es: el caudal másico, la densidad y latempera-tura, permiten calcular y visualizar otras variables derivadas de éstas,como el caudal volumétrico, el contenido en partículas sólidas, o valores deconcentraciones o de densida-des derivadas (por ejemplo, densidad estándar,°Brix, °Baurné, °API, °Balling, °Plato). Los sistemas de medición modernos yavan equipados con transmisores que calculan y ofrecen directamente estasvariables de medición secundarias. Las notables características de estos equiposde efecto Coriolis han abierto nuevos horizontes en

- La mezcla y el envasado de diversas materias primas- El control de procesos.

- La medición de fluidos con densidades rápidamente cambiantes

- El control y la supervisión de la calidad de los productos

Estos son algunos de los motivos por los cuales el principio de Coriolis se haestablecido como una técnica de medición probada en los últimos diez años. Loscaudalímetros de efecto Coriolis se emplean con frecuencia en procesos químicos,

 principalmente en atención a los aspectos siguientes:

- Son un método directo de medición de caudales másicos con una exactitud demedición alta (típicamente del 0,1 %)

- La gran variedad de materiales posibles para los tubos de medición les confiereuna gran versatilidad.

- Su contenedor secundario les otorga mayor nivel de seguridad.

Muchas aplicaciones de la industria alimentaria disponen dé caudalímetros de estetipo, por ejemplo para la dosiflcación o el llenado de cantidades pequeñas deingredientes (Fig. abajo). Los caudalímetros de efecto Coriolis también están

adquiriendo una amplia difusión en aplicaciones de recuento de gases a bajas y aaltas presiones, por ejemplo con gas natural comprimido (CNG). En el mercado

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también se encuentran caudalímetros adecuados para numerosas aplicaciones deCustody Transfer.

Fig.: Llenado y dosificación con el sensor "Promass M" de E+H. Este equipo

puede ser utilizado en métodos de envasado que involucren una gran

variedad de fluidos. La aplicación que presentamos aquí sobrepasa los 14

ciclos de envasado por minuto. 

Las ventajas descritas para este tipo de caudalímetros basados en el principio deCoriolis han ido abriendo desde ya hace algún tiempo nuevos campos deaplicación para estos aparatos. Todo indica, además, que el mercado de estosequipos va a continuar su crecimiento al ritmo actual o incluso se va a expandir enlos próximos años.

Las características de los caudalímetros de efecto Coriolis son particularmenteatractivas y prometedoras para aplicaciones que en el pasado eran cubiertas conlas técnicas de me-dición "tradicionales". El coste de adquisición en propiedad esuno de los muchos factores que entran en juego a este respecto. Incluye no sólo elcoste inicial de adquisición, sino también los gastos e inversiones comprendidosdurante el ciclo de vida completo del equipo. Sorprendentemente, loscaudalímetros de efecto Coriolis muestran costes de ciclo de vida muy bajos,

 porque su mantenimiento es relativamente bajo y muestran un alto nivel deflexibilidad en condiciones de proceso muy diversas. Otras ventajas que merecenmención son:

- No hay partes móviles en el interior del tubo de medición

- No necesitan filtros

- No es necesario medir la densidad por separado

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 Preguntas frecuentes de instalacion ydimensionamiento de flujometros masicosCoriolis

 

Escrito por José Carlos Villajulca

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¿Qué aspectos hay que tener en cuenta al instalar caudalímetros de efecto

Coriolis? 

El principio físico en sí no exige ninguna demanda especial en tecnología odisposición del equipo. En lo que concierne a su instalación mecánica, es esencialel cumplimiento estricto de las instrucciones del fabricante. El conjunto de

instrucciones puede variar notablemente de un fabricante a otro e incluso entrediversos modelos de un mismo fabricante. Hablando en términos generales

 podemos afirmar que los caudalímetros de efecto Coriolis de E+H no requierenmedidas especiales de instalación en el sistema de tuberías.

Sin embargo, en algunas instalaciones puede ser conveniente asegurarmecánicamente algunos modelos en dos puntos del tramo de tubería, por lasensibilidad a las vibraciones. A veces, estas diferencias pueden incrementarsignificativamente el coste de instalación.

¿Hasta qué punto la presencia de gas en el fluido afecta a la medición? 

A menudo, los fluidos, en particular los altamente viscosos, contienen gas enforma de burbujas. Estas burbujas de gas tienen un efecto amortiguador en lasoscilaciones del tubo de medición. Un incremento correspondiente en la potenciade oscilación contrarresta este efecto amortiguador y compensa con ello suinfluencia negativa en la medición. Las grandes intrusiones de gas tienen efectos

mucho más notables. A medida que pasan por el caudalímetro, estas intrusiones pueden desequilibrar la estabilidad del sistema os-cilante - en casos extremos, el

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tubo de medición podría incluso llegar a dejar de oscilar -y el equipo tiende areducir la exactitud de medición. Por este motivo, siempre que sea posible seráconveniente prevenir la formación de burbujas de gas. Las opciones viables paraello incluyen aumentar la presión de proceso o instalar extractores de gas.

¿Cómo afecta la presencia de sólidos en suspensión a la medición? 

La presencia de sólidos en suspensión no representa un problema mientras lamezcla sea homogénea, de modo que permita que las partículas sólidas oscilen alunísono que el líquido y contribuyan así a la señal de medición. El parámetrocrítico es el cociente entre el tamaño de las partículas (su inercia) y las fuerzas deorigen viscoso (las fuerzas de aceleración). Así, en fluidos poco viscosos, la

 proporción de partículas sólidas debería ser lo más baja posible.

Un caudalímetro con tubos de medición ligeramente arqueados puede instalarse dealgún modo que evite la acumulación de partículas sólidas en suspensión en lostubos curvados (por ejemplo, en posición vertical), en particular cuando el fluidono circula.

¿Qué ocurre sise mide sin contrapresión en la tubería? 

En un sistema completamente lleno de líquido se produce cavitación cuando la presión del sistema cae por debajo de la presión de vapor del fluido en cuestión. Elsoftware de selección y configuración "Applicator", de E+H, incorpora funcionesque permiten averiguar cuándo se espera cavitación para unas condiciones de

 proceso determinadas. En estos casos, "Applicator" dispara un aviso deadvertencia.

¿Qué sucede si la tubería no está totalmente llena? 

Cuando la tubería está parcialmente vacía, no es posible medir el caudal. En estascircunstancias, el sistema oscilante es incapaz de alcanzar un estado estable.

¿Cómo afectan a la medición los cambios en el perfil de velocidades?  

El perfil de velocidades no tiene ningún efecto en la medición con uncaudalímetro de efecto Coriolis.

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¿Qué efectos tiene una bomba de émbolo en las mediciones? 

Las bombas de émbolo pueden provocar fuertes fluctuaciones cíclicas del caudal oincluso pequeños reflujos, causados por ejemplo por el volumen envolvente o por

 pequeñas fugas en válvulas o desplazamientos de volumen. Las condiciones de proceso de esta naturaleza exigen sistemas de medición que reaccionen conrapidez ante los cambios de flujo tanto en sentido positivo como negativo (flujos

 bidireccionales). Los caudalímetros másicos de efecto Coriolis de E+H disponende funciones que compensan estas fluctuaciones en todo el campo de valores demedición y permiten corregir las mediciones en caudales pulsantes. Una bomba deémbolo provoca cambios rítmicos en la densidad en fluidos compresibles, comoson los líquidos que contienen gas. En estas circunstancias es difícil alcanzar un

 buen nivel de exactitud en las mediciones. Es posible rectificar esta situaciónincrementando la presión estática del sistema o instalando expansores.

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Transferencia de Custodia: introducción  

Escrito por José Carlos Villajulca

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El derecho a definir pesos, volúmenes o longitudes que sirvan de referencia para bienes materiales y a acuñar monedas aceptadas como pago por estos bienes esuno de los privilegios que más celosamente se han reservados los gobernantes delas sociedades más antiguas.

Las unidades de masa, volumen y longitud mantienen hoy en día su importancia para nosotros porque determinan el precio que el vendedor va a exigir y elcomprador va a pagar en cualquier negocio de transacción que involucre bienes

materiales. En el pasado, diversidad de intereses y diferencias regionales ehistóricas introdujeron diferentes sistemas de unidades. Sin embargo, laimportancia en aumento del comercio condujo a la armonización de estos sistemasde medición. Este desarrollo culminó con la introducción del sistema internacionalSI de unidades (m, kg, s), que cada país ha empleado desde entonces como base

 para sus propios sistemas métricos legales.

A continuación ilustramos como ejemplo del principio de custody transfer sufuncionamiento según las leyes de la República Federal de Alemania. Otros paísestienen sus propias normas, pero los principios internacionalmente aceptados estánformulados según los principios del comité OIML.

El objetivo del control l egal de pesos y medidas  

El propósito del control legal de pesos y medidas es proteger a los ciudadanos delas consecuencias derivadas de mediciones incorrectas en transaccionescomerciales o en contratos con la administración, y proponer pesos y medidasestándares en todos los aspectos de los ámbitos laboral, sanitario y ambiental.

La legislación formulada para lograr estos fines establece los requisitos deapEcación en los equipos de medición y en los procedimientos adoptados para

medición y verificación. En Alemania, por ejemplo, estos requisitos estánregulados por las directivas de la CEE y la CE, la "Eichgesetz" (Ley de

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estándares), la "Eichordnung" (Ordenanza de estándares), y los requisitos ynormativas de verificación articuladas por el Instituto Federal Físico-técnico(Physikalisch-Technische Bundesanstalt, PTB). Ésta es la máxima autoridadtécnica del país en control de pesos y medidas y seguridad en ingeniería, y ennotificaciones oficiales en relación con estándares, pesos y medidas. Las medidas

definidas como medio para alcanzar estos objetivos pueden dividirse en preventivas y represivas:

- Preventivas: certificación de upo, calibrado inicial, sellado

- Represivas: recalibrado periódico durante el ciclo de vida útil, control delmercado con medidas de advertencia o castigo por infracciones

Operaciones de custody transfer en la vida cotidiana  

Los contadores que aseguran el cumplimiento de las normativas legales decustody transfer nos acompañan en tantos aspectos de nuestra vida diaria que, amenudo, apenas nos damos cuenta de su presencia:

- Balanzas en almacenes y mercados (productos alimenticios, etc.)

- Bombas en las estaciones de servicio (combustibles, lubricantes, etc.)

- Contadores de agua domésticos (agua potable, agua caliente, etc.)

- Contadores en sistemas de aguas residuales (plantas de tratamiento de aguas

residuales, estaciones de bombeo, etc.)- Básculas puente (escombros de edificios en construcción, desechos, etc.)

En el caso de equipos de medición de líquidos, OIML establece una claradistinción entre contadores para "agua" y contadores para líquidos "otros queagua". Otros dispositivos están diseñados para la medición de caudales de gases.La variedad de contadores de custody transfer es correspondientemente amplia.

Recalibrado periódico durante el ciclo de vida útil, excepciones a la norma Lavalidez de una calibración está en general limitada a dos años. Sin embargo, la"Eichor-dnung" (Ordenanza de estándares) alemana incluye una larga lista deexcepciones en la sección titulada "Normas generales". Los límites de tiempoimportantes aplicados a los caudalímetros se relatan en la lista del Apéndice B:

■ Sistemas de medición con contadores para gases licuados - 1 año

■ Sistemas de medición con contadores volumétricos para leche - 1 año

■ Contadores volumétricos para.agua caliente - 5 años

■ Contadores volumétricos para agua fría - 6 años (aguas residuales)

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Estos tiempos no son válidos para los sistemas de medición directa de caudalesmásicos. Los caudalímetros Coriolis tienen que calibrarse en general cada docemeses cuando se utilizan para medir líquidos que no sean agua.

Contadores no sujetos a un calibrado periódico obligatorio (Schedule A de laOrdenanza de estándares):

■ Contadores volumétricos especiales y contadores para aguas residuales. 

■ Contadores en transacciones comerciales efectuadas por líneas de distribución

entre socios fijos.

■ Contadores para:

- agua con un ritmo de circulación máximo de por lo menos 2.000 m3/h,

- otros líquidos que el agua con un ritmo de circulación máximo de por lo menos600 m3/h,

- energía calorífica a un ritmo de por lo menos 10 MW.

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 Características de los contadores paraaplicaciones de custody transfer  Escrito por José Carlos Villajulca

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Prueba de exactitud y fiabilidad: 

Los equipos para aplicaciones de custody transfer necesitan un certificadoexpedido por una autoridad de verificación acreditada como prueba de suHabilidad (en otras palabras, competencia en verificación y autocomprobación) yexactitud.

Ejemplos de autoridades acreditadas:

- PTB = Physikalisch-Technische Bundesanstalt

- NMi = Nederlands Meetinstituut

- NIST = National Institute of Standards and Technology

Protecciones software para operaciones de custody transfer: 

Todos los parámetros de calibrado del equipo que puedan modificar, falsificar oeliminar daftxde medición en un equipo en modo de Custody Transfer han de

 protegerse con contraseñas o códigos de acceso para evitar que agentes externos(es decir, algún operario) pueda introducir cambios.

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Protecciones hardware contra accesos no autorizados al punto de medición:  

El compartimiento de la electrónica del contador ha de estar provisto de un precinto, al igual que el compartimento de conexiones del sensor de una versiónremota. El diagrama de precintos forma parte de la documentación de certificacióny debería estar incluida en las instrucciones de funcionamiento suministradas conel equipo (Fig. abajo).

Fig.: Diagrama de precintos de un caudalímetro "Promag" de E+H. 

A = Precinto del compartimiento de la electrónica B = Precinto del compartimento de conexiones del sensor tras su instalación

(versión remota) 

La autoridad de calibración también fija un precinto en el compartimento de

conexiones del transmisor con salida de doble impulso. 

Limites de error en control legal de pesos y medidas: 

En sistemas de medición se distingue entre "agua" y líquidos "otros que el agua" por razones históricas. Asimismo han de entenderse los límites de error paracontadores de agua que se aplican en Alemania y en algunos otros países de la CE,

 por curiosos que puedan parecer a un observador externo. Los contadores de aguamecánicos se subdividen según "gamas de valores de carga" con distintos límitesde error, y por clases según su rangeabi-lidad, un sistema peculiar, pero fácil deasimilar:

- Clase A: Contadores simples con rangeabilidad Qmin/Qmax = 1:25

- Clase B: Contadores mecánicos más sofisticados con rangeabilidad Qmin/Qmax= 1:67

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Sin embargo, las posibilidades prácticas de aplicación de estas clasificaciones alestado de la técnica de los contadores de agua electromagnéticos son más difícilesde observar. Las "gamas de valores de carga" no se aplican a dispositivos de esteupo y la rangeabilidad de 1:500 (dentro del 2% de límite de error) son habituales.Como resultado, se emplean cada vez más en redes de suministro de agua.

Fig.: Campos de valores de caudal y límites de error para mediciones de

custody transfer con agua fría. Todos los valores límite dependen del tipo decontador, del diámetro nominal y de la clase de certificación.  

Qmin = Caudal mínimo, Qt = L imite entr e el campo de valores de carga inf er iory el super ior , Qmax = Caudal máximo, Qn = Caudal nominal: igual a la mitad

de Qmax y es el parámetro uti l izado para clasif icar el contador. 

- E l lími te de error en el campo de valores de carga inf er ior (1) es ±5% 

- E l lími te de err or en el campo de valores de carga superi or (2) es ±2%, o ±3%en el caso de agua cal iente  

Materiales de las juntas y los revestimientos 

Todos los materiales elastómeros y sintéticos deberían estar aprobados por la FDAo un ente equivalente. Además, deberían ser resistentes a procesos de limpieza ensitio (CIP) o esterilización en sitio (SIP). En general las juntas utilizadas suelenestar especialmente diseñadas y moldeadas. De este modo se garantiza que notengan fisuras en los lugares donde están en contacto con el fluido para distintoscampos de valores de presión y temperatura de proceso. Préstese especial atencióna los aspectos siguientes:

- Las superficies de las juntas en contacto directo con el producto deben ser lo más

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 pequeñas posible,

- Todas las juntas en contacto directo con el fluido han de poder recambiarse,

- Una precarga de las juntas garantiza que estén libres de fisuras.