La medición de caudal en la industria es de suma importancia, en la gran
parte de los procesos existe la necesidad de controlar el caudal, pero para
mantener este control lo primero que se debe hacer es medirlo.
Existen diferentes técnicas e instrumentos para medir el caudal, la técnica a
utilizar dependerá de la necesidad y condiciones en las cuales se esté. Los cuatro
grandes grupos que permiten medir el caudal son los siguientes: medidores de
presión diferencial, medidores de velocidad, medidores másicos y medidores
volumétricos.

Que es el Caudal?

El caudal es una indicación de que tanto fluido en peso o volumen se está
moviendo, o sea es que tanta cantidad de fluido esta pasando por un determinado
punto dentro de un período específico de tiempo.
Para realizar esta medición se utilizan los flujómetros.

Medidores de Presion diferencial

Se estima que actualmente, al menos un 75% de los medidores industriales en
uso son dispositivos de presión diferencial, siendo el más popular la placa de
orificio.
Se sabe que cualquier restricción de fluido produce una caída de presión después
de esta, lo cual crea una diferencia de presión antes y después de la restricción.
Esta diferencia de presión tiene relación con la velocidad del fluido y se puede
determinar aplicando el Teorema de Bernoulli, y si se sabe la velocidad del fluido
y el área por donde esta pasando se puede determinar el caudal.
La ecuación de Bernoulli es una de la más útiles y famosas en la mecánica de fluidos y su
principio físico es utilizado para medir el caudal.
El teorema de Bernoulli eestablece que la energía mecánica de un fluido, medida por energía potencial gravitacional, la cinética y la de la presión es constante.

nota: Una aplicación directa del Teorema de Bernoulli se encuentra en el tubo Venturi

Ventajas de los medidores diferenciales

  • Su sencillez de construcción.
  • Su funcionamiento se comprende con facilidad.
  • No son caros, particularmente si se instalan en grandes tuberías y se comparan con otros medidores.
  • Pueden utilizarse para la mayoría de los fluidos.

Desventajas:

  • La amplitud del campo de medida es menor que para la mayoría de los otros tipos de medidores.
  • Pueden producir pérdidas de carga significativas.
  • La señal de salida no es lineal con el caudal.
  • Deben respetarse unos tramos rectos de tubería aguas arriba y aguas abajo del medidor que, según el trazado de la tubería y los accesorios existentes, pueden ser grandes.
  • Pueden producirse efectos de envejecimiento, es decir, acumulación de depósitos o la erosión de las aristas vivas.
  • La precisión suele ser menor que la de medidores más modernos, especialmente si, como es habitual, el medidor se entrega sin calibrar.
TUBO VENTURI (medidor de presion diferencial)

Este consta en sus extremos de dos entradas en las cuales existe una boquilla, el
fluido pasa por la boquilla, generalmente se hace de una sola pieza fundida y tiene
específicamente los siguientes elementos:

Una sección aguas arriba, de igual diámetro que la tubería y provista de un
anillo de bronce con una serie de aberturas piezométricas para medir la
presión estática en esa sección.

Una sección cónica convergente; una garganta cilíndrica provista también
de un anillo piezométrico de bronce.

Una sección cónica con una divergencia gradual hasta alcanzar el diámetro
original de la tubería.

Los anillos piezométricos se conectan a uno y otro
extremo, respectivamente, de un manómetro diferencial.

El tamaño del tubo de Venturi se especifica mediante el diámetro de la
tubería en la cual se va a utilizar y el diámetro de la garganta; por ejemplo,
un tubo de Venturi de 6" x 4" se ajusta a una tubería de 6" y tiene una
garganta de 4" de diámetro.
Para que se obtengan resultados precisos, el tubo de Venturi debe
estar precedido por una longitud de al menos 10 veces el diámetro de la
tubería.
Al escurrir el fluido de la tubería a la garganta, la velocidad aumenta
notablementey, en consecuencia, la presión disminuye; el gasto
transportado por la tubería en el caso de un flujo incompresible, está
en función de la lectura en el manómetro.
Algunos modelos de Tubos Venturi:




PLACA ORIFICIO

La placa de orificio consiste en una placa perforada que se instala en la tubería, el orificio
que posee es una abertura cilíndrica o prismática a través de la cual fluye el fluido.

Elorificio es normalizado, la característica de este borde es que el chorro que éste
genera no toca en su salida de nuevo la pared del orificio.

El caudal se puededeterminar por medio de las lecturas de presión diferenciales.

Dos tomasconectadas en la parte anterior y posterior de la placa captan esta presióndiferencial.
La disposición de las tomas se pueden observar con mas claridad en la figura A
El orificio de la placa, como se muestra en la figura B, puede ser: concéntrico,
excéntrico y segmentada.

La placa concéntrica sirve para líquidos.
Excéntrica para los gases donde los cambios de presión implican condensación.
Cuando los fluidos contienen un alto porcentaje de gases disueltos.
Segmentada, partículas en suspensión implican turbulencias que limpiarán
(paraque no se aglomeren partículas) el lado de alta presión evitando errores
en lamedición.
Con el fin de evitar arrastres de sólidos o gases que pueda llevar el fluido,
la placa incorpora como se menciona anteriormente un orificio de purga.
Entre los diversos perfiles de orificio que se utilizan, según se muestra
en la figura C , se pueden destacar los siguientes:
de cantos vivos, de cuarto de círculo y de entrada cónica.

Medidores de caudal sólido:

Los medidores de caudal de sólidos permiten pesar cualquier material seco a
granel o granulado, de diámetro de hasta 25 mm, en un rango de 200 Kg./h a
2000t/h. La medición puede efectuarse en productos con densidades caudales
muy diferentes : trigo soplado, mineral de hierro, los polvos fluidificados como la
ceniza volante, y los productos pegajosos con posibilidad de depósito, como las
virutas de torno. Los medidores de caudal sólido pueden utilizarse en aplicaciones
con productos tan diversos como: cemento, arena, carbón coque, carbón, cal,
trigo, arroz, harina, azúcar, productos alimenticios para animales, astillas de
madera y virutas de plástico.
El principio de funcionamiento es muy sencillo debido a que, el material
sólidoentra en el medidor de caudal por la placa de guía del caudal y
pega en la placasensora, generando una fuerza mecánica y continua
sin interrumpir el proceso o la producción. La fuerza horizontal
es convertida en una señal eléctrica, controlada por la unidad electrónica
utilizada con el medidor de caudal, para la visualización
del caudal instantáneo y de la cantidad de material totalizada.
La medición solo se basa en la fuerza horizontal de la fuerza de impacto.

Medidores de Turbina

Consiste de un juego de paletas o aspas acopladas a un eje, las cuales giran
cuando pasa un fluido a través de ellas. La velocidad a la cual giran estas aspas
es proporcional a la velocidad del flujo, y si tenemos la velocidad y el área del
conducto se puede determinar el caudal. Las turbinas deben instalarse de tal
modo que no se vacíe cuando cesa el caudal ya que el choque del agua a alta
velocidad contra el medidor vacío lo dañaría seriamente.


Para captar la velocidad de la turbina existen dos tipos de convertidores:

· Reluctancia: La velocidad esta determinada por el paso de las palas
individuales de la turbina a través del campo magnético, esta variación
cambia el flujo induciendo una corriente alterna en la bomba captadora.

· Inductivo: El rotor lleva incorporados un imán permanente y el campo
magnético giratorio que se origina produce una corriente alterna en una
bobina captadora exterior.

Para estos dos convertidores el rotor de turbina genera la frecuencia la cual es
proporcional al caudal, siendo del orden a 250 a 1200 ciclos por segundos para
caudal máximo.