Caudalímetro

Con un caudalímetro puede determinar la velocidad y, bajo ciertas condiciones, también la cantidad del medio que fluye a través de él. El caudalimetro se diferencia, entre otras cosas, por el tipo de medio a medir y el principio de medición. Con frecuencia, el caudalímetro está diseñado para un estado específico de la materia que fluye, es decir, mide gases o líquidos. Con dispositivos especialmente equipados también es posible medir los materiales a granel que fluyen durante el transporte en los procesos de fabricación o almacenamiento.

Incluso aquellas personas que tienen poco que ver con un caudalímetro, sin duda habrán observado el caudalímetro en el surtidor de combustible mientras repostan, y tal vel el contador de agua o de gas para facturar las cantidades consumidas. Estos medidores de caudal se utilizan para registrar la cantidad y deben ser verificados, ya que los precios se establecen en base al volumen consumido. Estos dispositivos y los que se utilizan para la vigilancia y el control continuo de los procesos se denominan medidores de caudal estacionarios, porque se utilizan permanentemente en el mismo lugar. Los dispositivos móviles son adecuados para realizar pruebas ocasionales, mediciones en diferentes lugares y para la solución de problemas en las plantas existentes.

Criterios de selección de un caudalímetro:

El caudalímetro se utiliza en muchas áreas diferentes. Con el fin de reducir los criterios de elección para sus propias necesidades, es aconsejable aclarar primero las condiciones de medición.

• ¿Debe el caudalímetro estar instalado permanentemente en un punto o se utilizará para medir en diferentes puntos?
• ¿El material es gaseoso, líquido o a granel?
• ¿El material fluye a través de una sección transversal de tubería completamente llena?
• Si es así, ¿es posible que el caudalímetro sobresalga en la sección transversal de la tubería?
• ¿Qué velocidades de caudal deben ser medidas?
• ¿Qué precisión se espera del medidor de caudal?
• ¿Debería realizarse la medición durante un proceso en marcha y debería influir en el proceso?
• ¿Deben almacenarse o transmitirse los valores medidos?
• ¿El medidor de flujo tiene que ser calibrable y ajustable?

Para garantizar que el caudalímetro mide con precisión es necesario calibrarlo regularmente. Al seleccionar un dispositivo considere cómo y dónde podrá calibrar el caudalimetro. Es ventajoso que los dispositivos que controlan continuamente un proceso no tengan que ser enviados para su calibración externa. Para muchos procesos de producción también resulta económico poder hacer pruebas directamente con el medio respectivo y en condiciones de uso locales. En el caso de los medidores de agua verificados que trabajan de forma continua, una vez que expira la fecha de verificación, se suele reemplazar el dispositivo por otro verificado.

Al actuar así el punto de medición estará bloqueado sólo durante el tiempo que lleva sustituir un equipo por otro. Una vez sustituido podrá seguir midiendo. El medidor de agua desmontado se somete entonces a una prueba externa y se ajusta o se desecha en caso de desviaciones. En el caso del caudalímetro móvil que se calibra externamente es bueno planificar con antelación la fecha de calibración. Los intervalos de tiempo entre las calibraciones deben determinarse en función de las consecuencias que pueden producir unos valores imprecisos.

La calibración de un caudalímetro ultrasónico suele realizarse comparando los valores de medición con los de otro dispositivo fiable. En un nuevo método patentado tan sólo en 2020, los caudalímetros ultrasónicos que utilizan un método de diferencia de tiempo de tránsito se calibran cambiando la distancia entre los sensores según lo previsto. Este cambio en la posición de los sensores, como el movimiento de un medio que fluye, permite evaluar las diferencias de tiempo de tránsito en las señales acústicas generadas por el caudalímetro ultrasónico. Dado que en este método sólo se miden el tiempo y la distancia, el caudalímetro ultrasónico puede calibrarse con gran precisión para el método de diferencia de tiempo de tránsito con total independencia del medio que fluye y de la geometría de la tubería.

En su laboratorio de metrología, PCE Instruments utiliza un soporte de calibración de caudal, en el que el agua se bombea a través de un sistema cerrado de tuberías de cobre durante la calibración. El caudal puede controlarse mediante válvulas y modificando la velocidad de la bomba en el panel de control de la misma. Actualmente se realizan calibraciones de un punto, mientras que el sistema bombea con una presión fija de unos 4 bares. Las cuatro secciones de medición están dispuestas una encima de otra en forma de largas secciones horizontales. El caudalímetro de referencia está instalado en el tubo superior. Los sensores del caudalímetro ultrasónico a calibrar se fijan en uno de los tres tubos inferiores, sujetándolos con tiras de velcro. Las dimensiones de los tubos de cobre son 28,0 x 1,0 mm para los dos tubos superiores, 54,0 x 1,5 mm para el tercero desde arriba y 88,9 x 2,0 mm para el inferior.

Como referencia se utiliza un caudalímetro magnético de fácil manejo y lectura, tipo induQ VMM de la casa SIKA, que está instalado en el sistema. Durante la medición, se genera un campo magnético de intensidad constante en el tubo de medición del caudalímetro de referencia. El campo magnético induce una tensión en el agua conductora que fluye, cuyo nivel es proporcional al caudal. Esta tensión se mide, a partir de la cual se determina la velocidad del caudal y se indica en metros por segundo.

El valor de medición que indica el caudalímetro ultrasónico a calibrar se compara con este valor. Por supuesto, la comparación directa de los valores de medición sólo funciona si ambos puntos de medición tienen la misma sección transversal de tubería y las mismas condiciones de flujo. Así, en el puesto de calibración de caudal de PCE Instruments, si el caudalímetro ultrasónico se calibra en la tubería de sección transversal de 28,0 x 1,0 mm, se puede comparar directamente con el valor del caudalímetro de referencia inductivo magnético. Para las otras dos secciones transversales podrá leer el valor nominal corregido de la velocidad de flujo en un dispositivo de evaluación independiente.

A la hora de determinar la velocidad de flujo con los sensores ultrasónicos, la velocidad sónica del medio fluido desempeña un papel decisivo. Sin embargo, la velocidad sónica no sólo depende de la composición del material, sino también de su temperatura. Por lo tanto, es necesario tener siempre en cuenta la temperatura del medio a la hora de determinar la velocidad de flujo con el caudalímetro ultrasónico. La unidad de evaluación situada en el soporte de calibración del caudal, justo encima de las tuberías de calibración, indica la velocidad del caudal y también la temperatura del agua mediante un sensor integrado en la tubería. Además, también se registran los valores actuales de temperatura y humedad del aire.

En el certificado de calibración de fábrica del caudalímetro ultrasónico se anotan las condiciones ambientales, el dispositivo de calibración, el procedimiento de calibración, las condiciones de medición y el resultado o resultados de la comparación del valor nominal y real. Si el valor real mostrado por el caudalímetro ultrasónico se desvía del valor nominal (punto de consigna) del dispositivo de referencia más de lo especificado en el dispositivo.

El caudalímetro ultrasónico también pueden utilizarse para determinar el calor cuando se utilizan sensores adicionales para determinar la temperatura del medio antes y después de la emisión de calor. Para mediciones puntuales resultan especialmente adecuados dispositivos móviles, que se montan y desmontan de forma rápida y sencilla, y que adicionalmente no causan ninguna fuga en la tubería. El caudalímetro ultrasónico puede medir el caudal sin interferencias en el sistema de tuberías y sin contacto directo con el medio de transferencia de calor o el refrigerante. Especialmente prácticos son los dispositivos que incluyen la medición de temperatura, en los que los sensores ultrasónicos y los sensores de temperatura se fijan con velcro.

Este conjunto de contadores térmicos ultrasónicos móviles suele incluir tres componentes: el caudalímetro ultrasónico, un registrador de datos de temperatura de dos canales y el software para evaluar los datos. El caudalímetro ultrasónico determina la velocidad de flujo. A partir de esta velocidad de flujo y de la sección transversal de la tubería introducida previamente, determina el volumen que fluye por la tubería. El registrador de datos de temperatura registra las temperaturas en el flujo y el retorno del sistema de tuberías. Para ello, se fija un sensor de contacto de temperatura en el exterior de la tubería de ida y otro en la de retorno. Los datos de medición y cálculo de los dos dispositivos pueden almacenarse o transferirse a un ordenador durante la medición.

El software de evaluación, especialmente adaptado a estos equipos, calcula la potencia calorífica en kW o kJ/h y la cantidad de calor en kJ o kWh durante el periodo de medición a partir de los datos transmitidos sobre el caudal volumétrico y la diferencia de temperatura entre las tuberías de ida y de retorno. Permite visualizar inmediatamente los datos registrados y calculados en forma de tabla y gráfica, lo que permite la evaluación directa de las mediciones in situ con un ordenador portátil. Si no es posible realizar una evaluación inmediata en el punto de medición, los datos de medición almacenados en el caudalímetro ultrasónico y en el registrador de datos de temperatura pueden transferirse y evaluarse posteriormente en la oficina.

El caudalímetro ultrasónico para la determinación de la cantidad de calor permiten realizar mediciones rápidas y sencillas en el sector de la tecnología de climatización y en la industria, ya sea para mediciones de control puntuales en distintos lugares o para el control continuo de sistemas de calefacción o refrigeración. Debido a que los sensores no entran en contacto con el medio de transferencia de calor durante la medición, el caudalímetro ultrasónico puede utilizarse sin problemas con medios agresivos, pero también en áreas con altos requisitos de higiene, como en la industria farmacéutica y la producción de alimentos. También se suele preferir el proceso de medición desde el exterior, ya que no es necesario detener ningún proceso para la medición y porque el comportamiento de flujo del fluido no se ve influido por los sensores en los puntos de medición.

La precisión de medición de los caudalímetros y termómetros ultrasónicos puede comprobarse periódicamente en un laboratorio de metrología especialmente adecuado, tarea y confirmarse mediante un certificado de calibración ISO. Para ello, el laboratorio de metrología debe estar equipado con un soporte de calibración de caudal adecuado.

El caudalímetro ultrasónico es utilizado cada vez en más sectores técnicos, ya que miden sin afectar al comportamiento del flujo y pueden optimizarse para diferentes aplicaciones. El usuario puede elegir entre una amplia variedad de modelos para un uso móvil o de instalación fija. Los requisitos higiénicos más exigentes pueden cumplirse tanto en el caso de los dispositivos instalados en línea como en los dispositivos en los que el sensor no tiene contacto directo con el medio fluyente. La posibilidad de medir desde el exterior permite registrar sin problemas la velocidad de flujo en los sistemas de tuberías existentes y sin tener que cortar la tubería. Existen caudalímetros ultrasónicos homologados para realizar mediciones legales, como para la facturación del consumo de agua, otros líquidos, gases, vapor o aire comprimido o incluso hidrógeno.

• Agricultura: estos caudalimetros se pueden utilizar para la verificación de las condiciones para regar por aspersión los cultivos o quemar rastrojos, verificación de las condiciones para el ganado.
• Automóviles: para las mediciones de calefacción y aire acondicionado.
• Aviación: estos caudalímetros se pueden utilizar en planeadores, para ala delta, en parapentes, en ultraligeros, en paracaídas, en vuelos en globo.
• Ingeniería civil: estos caudalimetros se pueden utilizar en la seguridad de emplazamientos, condiciones de trabajo, seguridad en las obras, operación para la seguridad de las grúas, mediciones del esfuerzo del viento.
• Guardacostas: estos caudalímetros de aire se pueden utilizar para realizar evaluaciones de las condiciones para la supervivencia o la seguridad.
• Formación: estos caudalimetros de aire se pueden utilizar en mediciones y experimentos con el flujo de aire, evaluación de condiciones exteriores para la práctica de deportes escolares, estudios medioambientales.
• Extinción de incendios: estos caudalímetros de aire se pueden utilizar en la indicación sobre el peligro de la propagación del fuego.
• Calefacción y ventilación: con los caudalimetros de aire se realizan mediciones del flujo y la temperatura del aire, verificación del estado de los filtros.
• Aficiones: estos caudalímetros de aire se pueden utilizar para aeromodelismo, modelismo de barcos, vuelo de cometas.
• Industria: estos caudalimetros de aire se pueden utilizar en mediciones del flujo y de la temperatura del aire, control de la contaminación.
• Policía: estos caudalímetros de aire se pueden utilizar para las mediciones de los vientos de costado en carreteras.
• Actividades al exterior: se pueden utilizar los caudalimetros como por ejemplo tiro con arco, ciclismo, tiro, pesca, golf, vela, atletismo, camping, senderismo, montañismo, ...
• Trabajos al exterior: se pueden utilizar los caudalímetros en la evaluación de condiciones ambientales.
• Ciencia: se pueden utilizar los caudalimetros como por ejemplo en la aerodinámica, ciencia medioambiental, meteorología.