Caudalímetro

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El Caudalímetro es un instrumento de medición que no es mencionado a diario, pero si muy utilizado y de forma regular por muchas personas en diversos ambientes. Gracias a él se puede determinar el caudal con que un líquido es transportado por una tubería o sistema, así como la velocidad.

Un ejemplo es su uso en los automóviles, dentro del sistema del motor, este instrumento actúa como un sensor midiendo la cantidad de aire aspirado por el motor determinando el paso ideal de la mezcla entre aire y combustible necesarios para lograr la combustión.

De igual forma gracias a su excelente funcionamiento, es un instrumento esencial en las grandes industrias elaboradoras de productos líquidos, permitiendo medir cantidades muy precisas de sustancias para conseguir una mezcla correcta, estas empresas deben contar con un Caudalímetro en sus procesos de manufactura para determinar sus medidas con exactitud.

Una herramienta para la medición usada en muchos ámbitos diferentes, en el hogar, en la ingeniería, medicina, mecánica e industrias. Pero con un mismo propósito, establecer el caudal de fluido que se transporta por el sistema.

¿Qué es el Caudalímetro?

Caudalímetro Regulador de OxígenoEl Caudalímetro es uno más de los instrumentos del mundo de la medición. Es muy posible hallarlo con otro nombre como flujómetro. Como lo indica el término permite determinar el caudal o flujo de los líquidos.

Su estructura está diseñada para medir el volumen de un fluido que es usado en determinado proceso de un sistema, aparato o electrodoméstico identificando el gasto másico.

Para realizar la medición el Caudalímetro debe ser ubicado de forma lineal en el sistema o tubería por el cual se desplaza el líquido sobre el que se necesita conocer la cantidad de flujo que posee y de forma rápida y precisa se obtendrá la medida.

¿Quién inventó el Caudalímetro?

El caudalímetro nació gracias a las investigaciones de un gran físico Giovanni Battista Venturi un sacerdote italiano nacido en 1746, que posee entre sus logros el haber sido profesor de física, filosofía y geometría, ingeniero de Estado.

Su interés por la física lo llevó a relacionarse con estudiosos de la época como: Jean Baptiste Biot, Pierre-Simon Laplace, por nombrar algunos, con la finalidad de obtener mayores conocimientos sobre esta área.

Se dedicó a realizar investigaciones relacionadas con la mecánica de los fluidos creando el Tubo Venturi y publicando así su tratado llamado efecto Venturi el cual explica el movimiento de los fluidos a través de un caudal irregular.

¿Cuándo se inventó el caudalímetro?

Aunque no se pueda definir con exactitud la fecha de creación del primer caudalímetro o Tubo de Venturi, si se puede deducir que su origen ha de coincidir con la publicación del tratado de Venturi el cual fue en 1797.

Lo cual permite evidenciar que el primer caudalímetro había sido creado a finales del siglo XVII.

¿Historia del Caudalímetro?

Como se puede deducir a simple vista el nombre del Caudalímetro proviene del Caudal, que es la relación entre el volumen y el tiempo que tarda un fluido en atravesar una sección de tubería. Pero más allá de su nombre ¿Cómo se creó el Caudalímetro?

Pues todo gracias a la curiosidad e investigaciones de Giovanni Venturi, quien con base en los estudios de Herschel logró grandes descubrimientos sobre el desplazamiento de los líquidos y creó un instrumento que se podría identificar como el primer Caudalímetro el “Tubo de Venturi”.

Venturi diseño este instrumento cónico en principio para calcular la velocidad de movimiento de los líquidos, pero además logró mediante la aplicación del teorema de Bernoulli medir el caudal de los fluidos.

Haciendo pasar el líquido a través del tubo pudo diferenciar la presión ejercida sobre el fluido en ambas zonas del aparato del área más ancha y la más angosta (Efecto Venturi). Pero cabe destacar que es solo hasta el año 1888 en que fue patentado el primer modelo comercial del Tubo Venturi de Clemens Herschel.

Para el siguiente siglo, se crea el diseño Venturi Medidor de Corriente, específicamente en 1926. Avanzando cada vez más en las aplicaciones y modificaciones de los caudalímetros.

Gracias a estas investigaciones y desde luego los nuevos avances en la creación de instrumentos de medición hoy se conoce el caudalímetro como un instrumento sumamente importante en muchos ámbitos de la vida diaria.

Partes del Caudalímetro

Son varios los tipos de caudalímetros que existen, pero en todos ellos encontrarás partes comunes que permiten realizar la medición del caudal. A modo general se dividen en:

Caudalímetros mecánicos de molino

  • Aspas las cuales se mueven con la circulación del fluido.
  • Molino encargado de mover el contador.
  • Contador el cual expresa la medida del caudal.

Caudalímetros electrónicos

  • Aspas ubicadas de forma transversal al flujo del líquido.
  • Molino o rotor accionado con el flujo del caudal.
  • Imanes los cuales producen un campo magnético.
  • Sensor el cual lee la variable generada por el campo magnético.

Dependiendo del tipo de Caudalímetro que se esté usando, poseerá diferentes piezas como válvulas, bobinas magnéticas, electrodos, flotador, escala y desde luego todos poseen un cuerpo o estructura dentro del cual se ubicas todas las piezas.

¿Cómo funciona un caudalímetro?

Tomando en cuenta el efecto Venturi los caudalímetros funcionan basados en el comportamiento de un fluido que al moverse dentro de un conducto cerrado reduce su presión aumentando la velocidad cuando pasa por un área reducida.

Con base es este efecto se han producido distintos modelos de caudalímetros. Los rotámetros en los que el fluido hace flotar una esfera que indica el aumento del caudal.

Existen otros cuyo funcionamiento es con turbinas que rotan impulsadas por el caudal y crean un campo magnético leído por un sensor.

Los de estilo molino suman lecturas provocadas por el movimiento giratorio producido en las aspas por el caudal del líquido. En tanto que si se trata de un caudalímetro electrónico, este gracias a los imanes ubicados en los extremos de las aspas que se mueven por el paso del fluido crea un campo magnético que puede ser leído por un sensor.

Con distintos sistemas basados en el movimiento de los fluidos se logra obtener medidas con los caudalímetros cada vez más precisos con nuevas tecnologías.

¿Cómo usar un Caudalímetro?

El uso del caudalímetro dependerá del ámbito en que se utiliza, pero en general este instrumento de medición para ser usado correctamente debe ser ubicado en forma lineal con la tubería o conducto a través del cual viaja el fluido que se desea medir.

Usos del Caudalímetro
Caudalímetro usado para el área medicinal

Gracias a esto se logran diseñar sistemas más complejos que permiten suministrar aditivos a un determinado sistema, mezclas, inyección de gases, entre otros.

Tipos de Caudalímetro

Existen muchos tipos de Caudalímetro algunos mecánicos otros electrónicos y también están los magnéticos, todo dependiendo del uso que se le dará, pudiendo ser doméstico o industrial. Al final la elección dependerá de cuál se adapta mejor a la tarea que se necesita cumplir. Podemos encontrar:

Venturi o diferencial de presión

Uno de los tipos de Caudalímetro que más se utiliza. Con él se reduce el diámetro de la tubería y luego lo regresa a su diámetro original. Cuando el fluido recorre la distancia de la tubería reducida, disminuye la presión de salida.

La presión de antes de entrar y al salir es medida por el Caudalímetro de manera mecánica o electrónica, a mayor diferencia en la presión mayor será el caudal.

Aunque hay variaciones todas dependen de la lectura de la presión antes y después de entrar en la sección reducida. Un ejemplo son las computadoras de los motores de los automóviles, las cuales determinan la cantidad de aire que entra en la búsqueda de la mezcla entre aire y combustible óptima.

Eléctricos de turbina

Compuesto por una turbina ubicada al frente del flujo del líquido, quedando encapsulada en las paredes del tubo, fragmentando equitativamente el caudal. Son elaborados con una composición de resina junto a polvo de alnico, para crear el campo magnético que es codificado por un sensor de efecto Hall effect switch.

Mecánico de molino

Caudalímetro MecánicoEste tipo de Caudalímetro consiste en un molino cuyas aspas están dispuestas de forma transversal a la circulación del líquido. Cuando dicho fluido pasa por el Caudalímetro hace que el molino gire, el eje mueve un contador que va acumulando lecturas del caudal.

Estos Caudalímetros tienen generalmente un uso doméstico. Un ejemplo de este se puede encontrar en los contadores de agua o en los contadores de gas natural de las viviendas.

Rotámetro

Es un tubo en forma cónica transparente ubicado con su parte más angosta en la base donde se ubica un flotador. El tubo tiene marcas que indican el caudal para su medición.

Se logra medir al observar que a mayor caudal más subirá el flotador. Este caudalímetro también es denominado mecánico visual.

Hay variaciones según el material del cono: plástico, de vidrio y metálico, este último se utiliza con un acoplamiento magnético que posee una caja indicadora, normalmente utilizado para la medición de suministro gases como el oxígeno en hospitales.

También existe otro tipo de este modelo que mide la capacidad pulmonar de un paciente recogiendo la exhalación a través de un adaptador que se ubica en la boca.

Electromagnético

Este modelo es volumétrico, no poseen piezas móviles su uso ideal es en aguas residuales o cualquier líquido sucio que pueda conducir electricidad o que su base sea agua. Este tipo de Caudalímetro no funciona con hidrocarburos, aguas destiladas o soluciones no acuosas. Funcionan con base en la Ley de Faraday que establece que:

 “El voltaje inducido en un conductor cualquiera mientras este se mueve en ángulos rectos por un campo electromagnético es proporcional a la velocidad de ese conductor”.

Caudalímetro electromagnético en línea

Mezclan de gran manera su inmunidad al ruido con tubos de detección de cerámica de alúmina de alta pureza, esto le permite unas mediciones muy precisas del flujo del líquido. Este puede ser usado con productos abrasivos, químicos, productos alimenticios y elementos sólidos logrando mediciones precisas.

Caudalímetro electromagnético de inserción

Este modelo genera una salida de corriente aislada y de frecuencia aislada. Es perfecto para determinar los caudales más desafiantes en cuanto a su medición. Cuenta generalmente con una pantalla para mostrar el caudal, es de última tecnología, gracias al sensor que posee para realizar los cálculos.

Caudalímetro electromagnético estilo en línea

Estos Caudalímetros se construyen con materiales muy resistentes a la corrosión, siendo usados en industrias químicas principalmente, proporcionan una gran fiabilidad, además un mantenimiento mínimo.

Ultrasónicos

Este tipo de Caudalímetro es eléctrico, existe en dos variantes según el principio de medición en el cual se basa, pudiendo ser en el efecto Doppler y en el tiempo de tránsito.

Los de efecto Doppler son de mucha utilidad, entregando una muy buena señal cuando los fluidos poseen impurezas, su principio de funcionamiento está basado en el cambio de frecuencia de la señal reflejada sobre algún elemento en movimiento en el fluido.

Los de tiempo de tránsito, mide la diferencia de tiempo que emplean dos señales distintas para cruzar una distancia usando como el medio el líquido. Si el caudal es nulo, los tiempos serán los mismos, pero cuando los tiempos variarán, debido a que las señales son afectadas por la velocidad del líquido, determinando así el caudal.

Los de tiempo de tránsito poseen una exactitud mayor que los de efectos Doppler, pero necesita un líquido sin impurezas, ya que en caso contrario sus mediciones no son precisas.

V – cone

Elaborado a partir del teorema de conservación de la energía del flujo de fluidos a través de una tubería. Son medidores de alta precisión y puede ser aplicado a una gran cantidad de líquidos diferentes, su diseño consiste en un cono central en el interior del tubo.

Su funcionamiento consiste en la interacción del cono con el flujo del líquido, cambiando su perfil de velocidad, para crear una presión más baja al momento bajo del cono. La diferencia existente entre la línea más baja generada en la zona inferior del cono y la presión estática es medida por dos tomas piezo-sensibles.

Para calcular el flujo la variación de presión obtenida se aplica en una derivada de la ecuación de Bernoulli.

Sin importar la condición del flujo en la parte superior del Caudalímetro este tiene asegurado mediciones de flujo muy precisas y confiables, gracias a la posición centrada del cono en la línea, optimizando la velocidad del fluido.

De diferencial de temperatura

En estos caudalímetros se colocan dos termistores, y entre ellos una resistencia calentadora. Cuando ambos termistores registran la misma temperatura significa que el fluido no está en movimiento en la tubería.

Cuando existe un flujo de líquido el primer termistor registra la temperatura inicial, mientras el segundo registra el líquido calentado. Así se obtiene el caudal, además del sentido de la circulación.

Este Caudalímetro tiene la gran ventaja de que además de conocer el caudal, se conoce la cantidad de masa del líquido que paso por la tubería. La medición no es afectada por la variación en la presión.

De desplazamiento positivo

Este modelo de Caudalímetro funciona aislando el líquido en fracciones que llenan un envase en movimiento. Cada porción separada es contada así determinando el caudal. Existen distintas variantes para este tipo de sistema, siendo los más comunes de encontrar los de engranajes y los de pistones.

Desplazamiento positivo de engranaje

Conformados por dos engranajes que hacen un sello perfecto, el líquido pasa a través de los engranajes obligándolos a que giren. Este movimiento se mide de manera electrónica o mecánica dependiendo del Caudalímetro.

Cada engranaje posee un imán permanente, este se usa para enviar la información a la parte electrónica del sistema.

Desplazamiento positivo de pistones

Su funcionamiento depende del líquido que pasa por el puerto A, así comienza a desplazarse el pistón, mientras se llena el espacio C. El fluido sigue entrando ahora llenando el espacio B, el pistón sigue siendo forzado a girar hasta que el líquido del espacio C pasa al puerto D.

Luego el fluido del espacio B pasa por el puerto D. Cuando se inicia el siguiente ciclo el líquido en los puertos de entrada y salida A y D respectivamente son aislados por una barrera, la oscilación del pistón magnetizado traza un círculo y el medidor del Caudalímetro mide estas oscilaciones, arrojando así los datos deseados.

Vortex

CaudalímetroAl hablar de este modelo de Caudalímetros se debe conocer que fundamentan su funcionamiento en el principio de generación de vórtices. Cuando un cuerpo atraviesa el fluido generará vórtices flujo abajo del Caudalímetro.

Estos a su vez forman desigualdades en la presión al alternar de lado a lado, las cuales que serán deducidas por un cristal piezo-eléctrico.

La velocidad del flujo es igual a la frecuencia con que se generan los vórtices, así es que obtiene su lectura. El tipo Vortex mide de manera muy precisa el caudal, adicionalmente requiere muy poco mantenimiento para un correcto funcionamiento.

Existen muchos tipos y modelos de Caudalímetros, los cuales demuestran que no existe una forma exacta de medir el caudal o del gasto másico. Al final existen diferentes consideraciones a tener en cuenta para su uso correcto como la presión, viscosidad, densidad o temperatura del fluido que se desea medir, pero la elección correcta está ligada al uso que tiene destinado el Caudalímetro.

Importancia del Caudalímetro

Los Caudalímetros se han convertido en uno de los instrumentos de medición más utilizados, en casas en los reguladores de agua, de gas, en los vehículos para determinar la cantidad correcta de aire y combustible.

De igual forma en hospitales en distintos aparatos para determinar el caudal de oxígeno o sustancias por intravenosas, en las industrias de todo tipo, todos necesitan su uso para regular o calcular el caudal de un fluido.

Importancia del Caudalímetro en la Industria
Verificando medida de caudalímetro en automóvil

Existen diferentes Caudalímetros dependiendo del uso que se le dará al mismo, desde el que se usa en un calentador de agua, pasando por el de un baipás, midiendo la cantidad de sangre, hasta el que medirá la cantidad de vapor a presión en una planta de energía nuclear. Cada uno de estos casos necesita un Caudalímetro con características y precisión específicas.

Mantenimiento de un Caudalímetro

Aunque existan tantos tipos de caudalímetro con variaciones en sus modelos y de usos muy distintos, todos requieren de mantenimiento para asegurar su funcionalidad y precisión.

Algunos necesitan un mantenimiento muy bajo al ser piezas únicas o algo sencillas, otros requieren uno constante al tener en su interior piezas móviles o sensores que pueden perder la calibración.

Si un caudalímetro no tiene un mantenimiento correcto sus mediciones carecerán de precisión, esto puede terminar en una falla del equipo, en productos que no cumplan la calidad de consumo o hasta en la muerte de un paciente.

En las empresas de alimentos que usan químicos para su elaboración requieren una medición precisa para determinar la composición perfecta, si el caudalímetro falla la mezcla se verá comprometida, en los vehículos el motor no tendrá una mezcla correcta de combustible y aire, lo que provocará una disminución en la potencia del motor.

Para evitar cualquiera de estos casos es necesario realizar mantenimiento al instrumento, dependiendo del tipo de caudalímetro.

Resulta ser un instrumento de medición de suma importancia por todos los usos que tiene. Sin darnos cuenta está en nuestros hogares, los alimentos que consumimos necesitan de ellos en su elaboración, también nuestros medios de transporte y más. Cada día que pasa siguen evolucionando, con nuevos modelos más precisos y de sencilla manipulación para hacer las mediciones más fáciles, asegurándonos calidad.

Si te ha parecido interesante nuestro contenido y deseas seguir expandiendo tus conocimientos sobre los instrumentos de medición que se encuentran en laboratorios, en la vida cotidiana, industrias y más, disfruta de los contenidos que hemos preparado para ti.

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