Caudalímetro

Los caudalímetros de aire miden la velocidad instantánea del viento, pero a ras de suelo las ráfagas (fluctuaciones habituales del viento) se producen con tal frecuencia que restan interés a dicha medición, por lo que se toma siempre un valor medio en intervalos de 10 minutos. Hay otros caudalímetros de aire de ultrasonidos que son capaces de determinar la velocidad del viento en sus tres dimensiones (3D). Las últimas tecnologías son los caudalímetros de aire que van provisto de láser que detectan el desfase del sonido o la luz coherente reflejada por las moléculas del aire.

Los caudalímetros de aire de compresión se basa en el tubo de Pitot (un tubo con forma de L, con un extremo abierto hacia la corriente de aire y el otro conectado a un dispositivo medidor de presión), y está formado por dos pequeños tubos, uno de ellos con orificio frontal (que mide la presión dinámica) y lateral (que mide la presión estática), y el otro sólo con un orificio lateral. La diferencia entre las presiones medidas permite determinar la velocidad del viento.

La localización de sitios para el aprovechamiento de la energía del viento es un trabajo de prospección similar al que requiere la ubicación de recursos minerales. Por lo general se necesitan promedios anuales de velocidad del viento superiores a los 5 m/s, es decir, 15 km/h, lo cual se visualiza cuando las hojas y las ramitas de los árboles susurran (para el bombeo de agua, el promedio requerido es de 3 m/s, es decir, 10,8 km/h, lo cual se percibe cuando el humo se inclina levemente en la dirección del viento).

De acuerdo con la norma para la medición, se colocan los caudalímetros a 10 m de altura (la velocidad del viento es mayor conforme se desplaza a mayor altura; a baja altura lo frena la "rugosidad" del terreno: los árboles, las edificaciones ..., es decir, todos los accidentes topográficos).

En la práctica la mejor forma de medir la velocidad del viento en una futura localización de una turbina eólica es situar los caudalímetros de aire en el extremo superior de un mástil que tenga la misma altura de buje esperada de la turbina que se va a utilizar. Esto evita la incertidumbre que conlleva el recalcular la velocidad del viento a una altura diferente.

El dispositivo recibió su nombre debido a su capacidad para operar en el rango de frecuencias de los ultrasonidos y para registrar lo que sucede cuando las ondas ultrasónicas y las oscilaciones acústicas atraviesan el flujo de líquido / gas. Cuanto más rápido se mueve / fluye el material en la tubería, más cambia la frecuencia de la onda. De hecho, al medir los efectos acústicos, el dispositivo determina el volumen y el consumo / flujo de un determinado material (agua, aceite, gas, diversos productos que fluyen). El medio fluye en la tubería a diferente velocidad, y la medición realizada tanto a lo largo como en contra del flujo (aguas arriba y aguas abajo) tiene por objeto determinar, al final, el caudal y el flujo volumétrico. No hay gran diferencia en las mediciones si no hay flujo, pero con el aumento del flujo, es mucho más difícil que la onda se mueva en contra de todo el flujo hacia abajo, y es por eso que cuanto más rápido sea el flujo en la tubería, mayor será la diferencia en las mediciones de aguas arriba y aguas abajo (requiere diferente tiempo para pasar a una cierta distancia a cierta velocidad). La introducción del transductor acústico que reacciona a la densidad del medio, permite medir incluso el caudal másico. Mucho depende del líquido cuyo flujo debe medirse. Si el material está limpio, las altas frecuencias se aplican, y se garantiza que la medición sea muy fiable y precisa. Si hay algunas partículas sólidas en el líquido, repartidas de forma desigual, o el material no está lo suficientemente limpio, las frecuencias deben reducirse, para evitar su dispersión y absorción de las oscilaciones.

Un caudalímetro ultrasónico es fácil de utilizar y manejar, es un equipo estable, que no tiene partes móviles y es bastante robusto con una vida útil a largo plazo, sin embargo, antes de su aplicación, es necesario realizar la comprobación del líquido que fluye para evitar incertidumbres y fallos durante el proceso de medición. Al aplicar los caudalímetros hay que tener en cuenta que si algunos materiales / líquidos son muy resistentes a las ondas ultrasónicas y las reflejan en lugar de dejarlas pasar, la medición será muy inexacta y se pueden producir errores. Las partículas que pueden estar presentes en el material tienen su propia velocidad, diferente a la del conjunto del flujo, en el que se encuentran, y teóricamente, esto también puede dar lugar a grandes fluctuaciones y errores en las mediciones del caudal. A pesar de las posibles dificultades, es justo decir que los dispositivos ultrasónicos modernos han alcanzado un nivel tal que hacen frente incluso a obstáculos tales como líquidos muy oscuros e inhomogéneos. La gama de posibilidades de aplicación de un caudalímetro ultrasónico es alta: casi todo tipo de industria donde el material fluye en las tuberías, más extendida en el agua /aguas residuales, las industrias de producción de alimentos y bebidas, farmacéutica, química y otros.

Los caudalimetros por ultrasonido tienen ventajas evidentes que son muy valiosas y lo convierten en una herramienta insustituible cuando se trata de controles de mantenimiento y servicio, así como para la medición que debe llevarse a cabo preferentemente sin intrusión en las tuberías. Dependiendo del material y del tipo de empresa en la que se realiza la medición, la intrusión en las tuberías puede ser bastante indeseable (planta de energía o química), por eso es muy conveniente la aplicación del medidor sin contacto que mide el flujo de sustancias a veces peligrosas. El caudalímetro con el transductor de abrazadera puede ser incluso montado en la tubería, y llevar a cabo la medición externamente, desde el exterior, pero hay algunas cosas a las que hay que prestar atención: se debe montar y aplicar en la tubería correctamente para evitar el debilitamiento o la pérdida de la señal de ultrasonido para que este último fuera capaz de llegar plenamente al líquido. La aplicación del transductor de pinza permite aplicar el dispositivo en cualquier momento, sin depender de los tipos de líquido y sus propiedades, ya que el dispositivo permanece seco y no se daña. La medición se realiza de forma continua y los resultados se pueden recibir en tiempo real.

Un caudalímetro ultrasónico móvil / portátil facilita las mediciones hasta tal punto que el operario no necesita ningún instrumento adicional para realizar comprobaciones inmediatas allí donde sea necesario (desde agua hasta aceites y productos químicos). Es ideal para las situaciones en las que se debe realizar una medición rápida para detectar un problema o simplemente para comprobar el estado general del proceso en curso. Gracias al paquete de tuberías recargables, el dispositivo portátil garantiza unas horas de trabajo de regulación y el registrador de datos interno almacena las mediciones para su posterior análisis y procesamiento. Los caudalímetros móviles pueden utilizarse siempre como referencia para los caudalimetros instalados de forma fija, ya que, a pesar de su compacidad, proporciona buenos resultados de medición.

Uno de los nuevos campos de aplicación de los caudalímetros es el control de la climatización. Dado que hoy en día existen estrictos requisitos y normativas en cuanto a calefacción, aire acondicionado y ventilación, especialmente en espacios cerrados, salas, oficinas y similares, la necesidad de realizar una medición precisa del flujo de aire bastante elevada. Para este tipo de mediciones, la temperatura se convierte en un parámetro importante y la medición se realiza teniendo en cuenta un principio de flujo térmico. La mejor solución, cuando se trata de mediciones en calentadores, sistemas de calefacción, sistemas de extinción de incendios, es un contador de calor de pinza. Sin invasión adicional en la tubería con sustancias calientes / frías en el interior, el medidor se fija en la tubería (el tamaño de la misma no importa) y permite llevar a cabo la supervisión en las partes más difíciles y peligrosas de alcanzar.

La aplicación del caudalimetro no sólo ayuda a encontrar los problemas y llevar a cabo la solución de problemas en las tuberías, sino que proporciona posibilidades para llevar el seguimiento y control de calidad (por ejemplo, en la producción de bebidas o el análisis de los equipos de calefacción e instalaciones). Si el dispositivo tiene la opción de doble o multicanal, permite realizar mediciones simultáneas no sólo en algunos puntos de una tubería, sino también en varias tuberías, lo que proporciona una mayor precisión y posibilidades de comparar los valores. Los transductores de abrazadera y los de aguja pueden ser utilizados para hacer el proceso de medición más conveniente y son adecuados tanto para las temperaturas de funcionamiento bajas como para las altas, lo que garantiza la aplicación para el control de los sistemas de refrigeración y de calefacción.

A veces pueden surgir dudas sobre cual es el mejor tipo de caudalímetro para usarlo en unas determinadas condiciones ambientales. A continuación les mostramos unas serie ventajas genéricas que ofrecen cada una de las dos modalidades de caudalimetro, con el fin de facilitarle la elección final al usuario, a la hora de adquirir el caudalimetro. Debe de tener en cuenta que se trata de unas ventajas genéricas, y por lo tanto, pueden anularse o potenciarse aún más o menos en función, por ejemplo, de las características técnicas del modelo elegido o de las propias condiciones ambientales con las que nos encontremos al medir.

Entre las ventajas que encontramos en el uso de los caudalímetros de rueda alada, tenemos por ejemplo:

- Respuesta directa y lineal del sensor del caudalimetro sin que sea muy sensible a cambios bruscos de temperaturas.
- Su señal digital es compatible con entradas a microprocesador para posterior lectura de otras funciones (ej: caudal volumétrico).
- La influencia de factores como la temperatura o la presión, cambia a velocidades mayores de unos 1.5 m/s.
- Bajo consumo de batería al no ser necesario ningún calentamiento previo.
- Más seguridad en áreas peligrosas debido a que no tiene ningún elemento calentado.
- Mejor cálculo de valor medio de flujo del área de muestra, ya que no influyen tanto las turbulencias y remolinos locales.

Algunos ejemplos típicos de medición con estos modelos de caudalímetro de rueda alada los tenemos en medidas en exteriores, donde vamos a encontrar velocidades de aire medias o altas, o también por ejemplo en medidas de salida de aire a través de grandes rejillas.

Por otro lado, algunas de las ventajas que presentan los modelos de caudalímetro de hilo térmico, se mencionan a continuación:

- Tamaño de sonda mucho más reducido y manejable, lo que permite el acceso para la medición en zonas de difícil accesibilidad.
- Aunque el sensor es más frágil, suele estar diseñado de manera que quede bien protegido.
- Más apropiados para medir velocidades en un punto concreto.
- Generalmente son más adecuados para medidas de velocidades de aire muy bajas.

Algunos ejemplos típicos de medición con estos modelos de caudalimetro, los tenemos en la medición en lugares donde nos vamos a encontrar con velocidades de aire bajas (aunque también pueden ser usados en rangos más altos), o por ejemplo en la medición en el interior de conductos y otras zonas restringidas para otros tipos de sensores.

- 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.
- En definitiva es un campo muy amplio en donde se pueden utilizar los caudalímetros.

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?
A continuación, se describen brevemente algunos medidores de flujo según su principio de funcionamiento.

Se pueden utilizar varios principios de medición para medir la velocidad y el volumen del caudal. Los caudalímetros con tubo pitot, rueda alada e hilo térmico son algunos de esos dispositivos en los que se coloca el sensor directamente en el flujo para que influya en él en mayor o menor medida. El caudalimetro con tubo pitot es muy adecuado para grandes caudales y para gases con un alto contenido de partículas. Por otro lado, con el caudalímetro con rueda alada consigue medir bien volúmenes de líquidos y velocidades medias de flujo para los gases en el rango de 5 a 20 m/s. Los anemómetros de hilo térmico son particularmente adecuados como caudalímetros para bajas velocidades de medios gaseosos. El caudalimetro por ultrasonido y el medidor inductivo magnético funcionan miden sin obstruir el flujo.

Manómetro tubo de pitot
Un caudalímetro que determina la velocidad del caudal por medio de la diferencia de presión es el manómetro de tubo pitot. La medición de la presión funciona a través de un tubo con un posicionamiento específico de orificios , que recibe y registra la presión del medio que fluye. Si a esta presión dinámica se le resta la presión estática del medio en reposo, que también se mide, se obtiene la presión diferencial. A partir de esto se puede determinar la velocidad del caudal. El volumen que fluye por la tubería puede determinarse a partir de la velocidad del caudal y la sección transversal de la tubería.

Anemómetro de rueda alada
El anemómetro de rueda alada es un caudalímetro que determina la velocidad del medio por la velocidad con que la rueda alada se mueve a través del flujo. Estos dispositivos se utilizan a menudo para las mediciones de los vientos exteriores. Se instalan de forma fija en edificios o en turbinas eólicas y suelen estar conectados a un medidor o indicador de la dirección del viento. Los dispositivos móviles se utilizan en campos, en obras de construcción o aeródromos o en edificios para comprobar los conductos de ventilación. Algunos de estos dispositivos también determinan el caudal de volumen cuando se conoce la sección transversal del canal. La rueda alada en forma de hélice se mantiene directamente en el flujo. Es por ello que este tipo de dispositivos requieren que se preste especial atención a la dirección del flujo. Una forma especial que es independiente de la dirección del flujo horizontal es el caudalímetro en forma de cruz. El caudalímetro en cruz son sensores de presión diferencial para determinar la velocidad del flujo de aire y el flujo volumétrico. Las pérdidas de carga son mínimas. La presión total se determina y se calcula por perforaciones equidistantes que se encuentran en una línea diagonal. La parte proporcional de la presión dinámica se calcula restando la presión subestática. La rueda alada se utiliza para la medición continua del volumen de los líquidos. Muchos contadores de agua y de calor utilizan una rueda alada en la dirección del flujo.

Anemómetro de hilo térmico
Un anemómetro de térmico es un medidor de caudal que funciona con materiales conductores de electricidad calentados. Cuanto mayor sea la velocidad del flujo, antes se enfriará el sensor. La evaluación puede hacerse por dos métodos diferentes. El primer método, conocido como Constant Current Anemometry (CCA), se mantiene la corriente térmica. Con el cambio de temperatura cambia la resistencia eléctrica del sensor calentado, lo que permite medir el cambio de tensión. El segundo método, conocido como Constant Temperature Anemometry, funciona con una temperatura constante. En este método, la velocidad del cauda se determina por la cantidad de corriente térmica que debe utilizarse para mantener la temperatura

Caudalímetro por ultrasonido
El caudalímetro por ultrasonido se utiliza para medir sin contacto directo la velocidad y el volumen del caudal de líquidos que fluyen por las tuberías. Un caudalímetro ultrasónico utiliza dos sensores que se fijan en la tubería como transmisor y receptor. Puede medir tanto en tuberías metálicas como plásticas. Puede usar este tipo de sensores para tuberías con diferentes secciones transversales. Es por ello y porque no es necesario modificar las tuberías existentes, que el caudalimetro por ultrasonido es muy adecuado para realizar mediciones móviles. Al interpretar los valores, hay que tener en cuenta que el resultado de la medición puede ser falsificado como consecuencia de la falta de homogeneidad del líquido, como por ejemplo una alta viscosidad, las burbujas de gas o sólidos

Caudalímetro electromagnético
La medición electromagnética del caudal funciona sin partes móviles y sin contacto directo con el medio que fluye. Sin embargo, requiere que el medio a medir sea eléctricamente conductivo y que fluya a través de una sección especial de medición. Para ello, se integra en el caudalímetro una sección transversal de tubería especialmente preparada. Esto asegura que el campo magnético resultante no se disipe a través del material de la tubería y que la tensión pueda ser aprovechada a través de dos electrodos que están en contacto galvánico con el medio que fluye. El valor límite inferior de la conductividad depende del dispositivo y puede ser, por ejemplo, de 50 microsiemens por centímetro. Antes de adquirir este tipo de caudalimetro electromagnetico, compruebe si su medio es suficientemente conductor. Los sensores electromagnéticos reaccionan con mucha rapidez y sólo requieren una corta distancia de medición. El caudalímetro electromagnético mide independientemente de la temperatura, la densidad y la viscosidad y ofrece resultados precisos incluso cuando aparecen burbujas de gas y sólidos.

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 inprecisos.