Medición de Flujo: la variable mas medida de la industria (2024)

La medición de flujo constituye tal vez, el eje más alto porcentaje en cuanto a medición de variables industriales se refiere. Ninguna otra variable tiene la importancia de esta, ya que sin mediciones de flujo, sería imposible el balance de materiales, el control de calidad y aún la operación de procesos continuos.

Existen muchos métodos para medir flujos, en la mayoría de los cuales, es imprescindible el conocimiento de algunas características básicas de los fluidos para una buena selección del mejor método a emplear. Estas características incluyen viscosidad, densidad, gravedad específica, compresibilidad, temperatura y presión, las cuales no vamos a detallar aquí.

Básicamente, existen dos formas de medir el flujo: el caudal y el flujo total. El caudal es la cantidad de fluido que pasa por un punto determinado en cualquier momento dado. El flujo total de la cantidad de fluido por un punto determinado durante un periodo de tiempo específico. Veamos a continuación algunos de los métodos empleados para medir caudal.

1 MEDICIÓN POR PRESIÓN DIFERENCIAL

Utiliza dispositvos que originan una presión diferencial debido al paso de un fluido por una restricción. La razón de hacer esto es que el caudal es proporcional a la raíz cuadrada de la diferencia de presiones entre dos puntos, antes y después de la restricción. Uno de estos elementos es la placa – orificio o placa perforada. Allí, el fluido sufre una disminución de su presión, la cual es mínima en el punto denominado «vena contracta». Si bien es cierto, la presión tiende a recuperarse, existe al final una pérdida de presión.

Una placa- orificio se coloca en una tubería, sujeta entre dos bridas. La forma y ubicación del agujero son el rasgo distintivo de tres tipos de este dispositivo: la placa concéntrica, la excéntrica y la segmental; la selección de algunas de éstas depende de las características del fluido a medir. Existen tres tipos de tomas de presiones a ambos lados del elemento primario: tomas de bridas,, tomas de tubería y tomas de vena contracta. Igualmente, aquí las características del fluido influirán en la elección de alguna de estas.

Típicamente se utiliza un transmisor de presión diferencial para la toma de las presiones y el envío de una señal que represente al flujo. A esta señal sin embargo se le debe extraer la raíz cuadrada para obtener una respuesta lineal con respecto al flujo. Antiguamente se empleaban instrumentos especiales para tal fin. Hoy, esta es una función de software en instrumentos digitales.

La placa perforada es finalmente, un elemento simple, barato, aunque no muy preciso, como otros dispositivos de presión diferencial. Aunque funcíonalmente es sujeta a la erosión y daño, es fácil de reemplazar.

Otra restricción de tubería para la medición del flujo es el tubo Venturi, el cual es especialmente diseñado a la longitud de la «tubería». Tiene la forma de dos embudos unidos por sus aberturas más pequeñas y se utiliza para tuberías grandes; es más preciso que la placa-orificio, pero es considerablemente más costoso y más difícil de instalar.

Figura: Principio Venturi

Un promedio entre la placa-orificio y el tubo Venturi es la tobera de flujo, la cual asemeja la mitad de un tubo Venturi por donde entra el fluido; este dispositivo es tan preciso como el tubo Venturi, pero no tan costoso ni difícil de instalar. Las tomas de presión utilizadas para el tubo Venturi, están situadas en los puntos de máximo y mínimo diámetro de tubería. Para el caso de la tobera, se ubican según recomendaciones del fabricante.

Otro elemento primario para medir flujo por el método de presión diferencial es el Tubo Pilot, el cual en su forma más simple,consiste en un tubo con un orificio pequeño en el punto de medición (impacto).

Cuando el fluido ingresa al tubo, su velocidad es cero y su presión es máxima. La otra presión para obtener la medida diferencial, se toma de un punto cercano a la pared de la tubería. Realmente, e! tubo Pilot mide velocidad de fluido y no caudal y además no necesariamente el fluido debe estar encerrado en una tubería. Podría por ejemplo, ser usado para medir el flujo del agua de un río o flujo de aire ai ser suspendido desde un avión.

2 MEDIDORES DE ÁREA VARIABLE

Se distinguen de los anteriores en que en aquellos existe una variación de presión, mientras el área permanece constante. Aquí sin embargo, lo que permanece constante es la presión diferencial, gracias a la suficiente variación del área. Uno de estos es el rotámetro el cual consta de un tubo cónico vertical que encierra un flotador; éste, dependiendo del caudal, toma una posición en el tubo que aumenta o disminuye el tamaño del área y así mantiene la presión constante. Una escala graduada dentro del tubo, estará calibrada en unidades de presión y así tener una lectura directa de la misma.

Los rotámetros se pueden fabricar con tubos de vidrio, metal y plástico. Estos dos últimos se utilizan cuando el fluido es muy corrosivo o my oscuro para permitir la colocación de una escala interna. En esos casos se usa un seguidor magnético relacionado a un imán colocado en el flotador interno y así transmitir mecánicamente la variación del caudal a un indicador.

3 MEDIDORES MAGNÉTICOS

Utilizan la ley de inducción de Faraday, que establece que cuando una corriente pasa por un conductor y existe un campo magnético en dirección transversal al mismo, se crea un potencial eléctrico proporcional a la corriente.

En la aplicación para medir caudal, se coloca un tubo aislado eléctricamente con un par de electrodos montados a ambos lados del tubo y rasantes con el fluido. Unas bobinas eléctricas se colocan alrededor del tubo de modo tal de generar un campo magnético en un plano perpendicular, tanto al eje del cuerpo del voltaje de salida es proporcional a la velocidad promedio del fluido; no interesa si este es laminar o turbulento. Además, es independiente de la viscosidad, densidad, temperatura y presión.

Si bien es cierto, se requiere que el fluido tenga cierta conductividad mínima, la señal de salida no varía con el aumento de la conductividad, lo cual es una ventaja. En aplicaciones en donde es necesario medir flujo de masa, se puede lograr esto midiendo la densidad del fluido y multiplicando las dos señales.

4 MEDIDOR A TURBINA

Un instrumento de este tipo consiste de una rueda de turbina de precisión, montada en cojinetes de una porción de tubería, y una bobina electromagnética colocada en la pared de la tubería, causa el giro de la turbina a una velocidad que varía directamente con el caudal del fluido de proceso. La interrupción del campo magnético, con cada paso de cada hoja de la turbina produce un pulso eléctrico. La frecuencia de estos pulsos determina la velocidad del fluido.

5 MEDIDOR DE VÓRTICE

La forma de medición es parecida a la dé la turbina. Sin embargo, aquí un dispositivo fijo a la entrada de la tubería similar a una hélice, genera un movimiento rotatorio al fluido. Otro dispositivo, se encarga posteriormente de restablecer el caudal original al fluido. La oscilación de éste en el punto de medición, es proporcional al caudal. Estas oscilaciones producen variaciones de temperatura en un sensor colocado en el área, variaciones que luego se convierten en pulsos de voltaje qué son amplificados, filtrados y transformados en ondas cuadradas para ser luego ingresados a un contador electrónico.

Existen otros medidores de caudal como son el de placa de impacto, que mide flujo, sumando la fuerza que el fluido desarrolla sobre un «blanco» que es una placa de disco; esta fuerza es proporcional a la raíz cuadrada del flujo, los de ultrasonido, que emplean un transmisor y un receptor (a veces instalados en el mismo receptáculo) para medir la desviación en frecuencia en la señal del transmisor, debido a la velocidad del fluido.

En los casos de medición de caudal en canales abiertos, se pueden mencionar la represa, la tobera abierta y los vertederos en donde básicamente se mide nivel de fluido, que varía; al pasar por estos dispositivos. Un pozo quieto adyacente al canal tiene un sensor de nivel (generalmente un flotador), cuya posición vertical varía en función del caudal.

6 MEDIDORES DE FLUJO TOTAL

Dentro de este tipo de dispositivos se tienen los denominados medidores de desplazamiento positivo, los cuales, separan la corriente de flujo en incrementos volumétricos individuales y cuentan dichos incrementos.

Los medidores son fabricados de modo tal qué cada instrumento volumétrico es conocido en forma precisa y la suma de estos incrementos da una medida muy aproximada1 del volumen total que pasa a través del medidor. La mayoría de los medidores de desplazamiento positivo son de tipo mecánico y usados principalmente para medir cantidades totales del fluido a ser transferido y a menudo se asocian a otros dispositivos para lograr acciones de indicación, registro o control. Entre los más utilizados, figuran los de disco oscilante, pistón oscilante, cicloidal, oval, birrotor, etc.

Los medidores de flujo de masa en sus diversos tipos y los computadores de flujo, constituyen hoy en día una muestra del avance de la tecnología en la medición de esta variable. El medidor tipo Coriolis es un ejemplo de los primeros. Aquí el fluido fluyendo a través de un tubo vibrante causa una deflexión en el tubo proporciona! al flujo de masa. Estos medidores tienen gran exactitud.