Transductores De Medida De Caudal De Fluidos

Transductores de medida de caudal de Fluidos

El caudal es la cantidad de un fluido que pasa por unidad de tiempo. Esta cantidad es el volumen que pasa por un área dada por una unidad de tiempo. También se puede decir como la masa de fluido que pasa por un área determinada.

La medida de este parámetro es fundamental para multitud de utilidades y debemos de ser capaces de medir caudal de líquidos y gases.

3.1) Transductores de caudal: Tipos existentes de acuerdo a su principio de funcionamiento.

• Medidores de caudal mecánicos

• Rotámetro

Ilustración 16: Esquema rotámetro

Los rotámetros son medidores de caudal basados en un indicador libre, en la ilustración 16, es el llamado flotador el cual está en un tubo con forma parcialmente cónico. El fluido va de abajo arriba aplicando de esta forma una presión al flotador que lo eleva y en este actúa la gravedad en sentido inverso creando un equilibrio que depende solamente de la cantidad de fluido que pasa por el tubo.

El tubo lleva una escala dibujada en el mismo que sirve para, viendo donde está el flotador, saber cual es el flujo en ese momento del fluido. Esta escala depende del fluido, por su densidad, viscosidad e incluso la temperatura en ese momento del fluido. Esto hace que este tipo de medición no sea la más precisa pero gracias a su sencillez es ampliamente utilizado en aplicaciones que requieren poca precisión pero si alta fiabilidad como los medidores de flujo de los respiradores de O2 de los hospitales.

Son capaces de medir caudales en gases y líquidos con caudales mensurables desde 1 ml/h hasta 1000000 l/min. Se pueden conseguir con ellos precisión de incluso un 1%.

El flotador se hace de distintos materiales y formas aunque la forma de elípse esférica es la más común. También se suelen diseñar de forma que giren con el paso del fluido para ver con total precisión si se ha quedado atascado el medidor.

• Rellenado de un volumen

Este es quizás el método mas sencillo y antiguo al igual que uno de los más precisos solo que es bastante incómodo de uso y no sirve para medir un flujo continuo. Consiste simplemente en el uso de un recipiente de volumen conocido y un cronómetro que empiece a contar el tiempo en el momento en el que el fluido entre en el recipiente y pare en cuanto el fluido complete el recipiente.

El volumen del recipiente dividido entre el tiempo de rellenado da como resultado el caudal

• Medidor de pistón o rotatorios

Ilustración 17: Esquema de funcionamiento de un medidor de pistón rotatorio

Este tipo de medidores son los más utilizados para la medida del consumo de agua a nivel doméstico. En sí es un cilindro que gira con el paso del agua siendo cada giro el equivalente al paso de cierta cantidad de fluido. Esto hace que contando los giros atraves de un engranaje o de un imán que hace en un determinado periodo puedas saber el flujo que ha pasado por el medidor.

Este tipo de medidores solo sirven para líquidos incompresibles.

Ilustración 18: Fotografía de un medidor de engranaje

Se laman a este tipo de medidores de desplazamiento positivo y también existen de otro tipo como de tornillo o de engranajes, pero todos ellos tienen en común que separan físicamente el fluido para contarlo. Los de engranajes son dos engranajes haciendo un sello perfecto como se puede ver en la ilustración 18. En la ilustración 19 se ve un medidor basado en dos tornillos helicoidales para medir caudales separando el flujo físicamente.

Ilustración 19: Medidor de desplazamiento virtual

• Medidores de Turbina

Ilustración 20: Representación de medidor de doble turbina axial

Pueden ser de turbina axial los cuales consisten en una turbina que gira con el líquido y las revoluciones a las que gira son proporcionales frente al caudal del líquido permitiendo de esta forma un medida del flujo cuantificable. En la ilustración 20 se puede ver uno de doble turbina axial que tiene como ventaja frente a los uniaxiales una mucha mayor precisión debido a que los cambios de temperatura y por tanto de viscosidad del fluido no afectan tanto a la medición, pudiendo alcanzar una precisión absoluta de +/- 0,10% sobre la medida tomada.

Ilustración 21: Esquema de medidor de turbina Pelton

A parte de los medidores axiales existen otros tipos de medidores de turbina como con turbina Pelton como el que se puede apreciar en la ilustración 21. Otro tipo pueden ser los Woltman. Se elige un tipo u otro de turbina dependiendo del flujo a medir así como de las características del fluido.

Por ejemplo la turbina Pelton es una de las más utilizadas para medir flujo en fluidos de muy baja viscosidad y/o flujos muy pequeños del orden de 0,01 l/min llegando incluso a mediciones tan reducidas como 3 ml/min. Hay que tener en cuenta que la medición se hace gracias a disparar el fluido directamente a las palas.

En todos los casos de turbina la medida directa son la velocidad axial de la turbina la cual, mediante el calibrado, se convierte en la medida de flujo deseada.

• Medidor de paletas

Ilustración 22: Medidor de paletas

Este tipo de medidor se parece a los de turbina pero al contrario que estos el elemento de medición, las paletas, no está introducido por completo dentro del fluido si no que está solo parte de él, una paleta, en contacto con el flujo. El sistema de medición es similar pues lo que se mide son las rev/min de giro de las paletas para, después de un calibrado, saber cual es el flujo en cualquier momento de fluido.

En otros casos donde solo se quiere saber si existe o no flujo y no el caudal del mismo se suele usar este tipo de medidor pero transparente para ver si el fluido pasa o no.

• Basados en presión

• Venturi

Ilustración 23: Medidor Venturi

Los medidores de caudal basados en el efecto Venturi consisten en un tubo que cambia de diámetro en el cual se miden las presiones ya que al reducir el diámetro del tubo la presión se reduce ya que la velocidad del fluido aumenta según la ecuación de Bernuilli y según la diferencia de presión se puede saber cual es el flujo. Este tipo de medidores son muy empleados en tuberías de gas. En la ilustración 23 se puede apreciar un esquema de funcionamiento.

La toma de las presiones comparativas se pueden tomar en los 3 puntos indicados en la ilustración 23, necesitándose solo dos de ellos para poder comparar la medida.

• Plato de orificio

Ilustración 24: Plato de orificio

Es de los más comunes y es muy parecido al venturi anterior solo que para simplificarlo lo que

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