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Caudalímetros Industriales, usos y aplicaciones

En el ámbito de la medición del caudal, se utilizan instrumentos conocidos como caudalímetros o medidores de caudal. La elección acertada del medidor de caudal implica contar con un conocimiento práctico de las tecnologías disponibles y una comprensión profunda del proceso y el fluido que se desea medir. Cuando la medición del caudal se aplica con fines de facturación o consumo, la precisión adquiere un papel crucial debido a su relación directa con el valor económico del fluido que atraviesa el medidor.

Los avances en tecnología y la investigación constante en este campo contribuyen a mejorar la exactitud y eficiencia de los caudalímetros, optimizando así el control y la gestión de recursos en procesos industriales y de distribución de fluidos.

La medición del caudal es una de las principales variables que se monitorean en los procesos industriales. En las labores diarias de las industrias se deben medir diversos fluidos: agua, gas natural, vapor, petróleo, productos químicos, vapor, miel, etc. Cada uno de estos fluidos requiere tecnologías específicas para su correcta medición. En este sentido, cada fabricante y/o distribuidor debe brindarnos asesoramiento y recomendarnos el caudalímetro más adecuado para satisfacer nuestras necesidades.

Caudalímetros industriales

Uso de los caudalímetros en la industria

En la actualidad, la medición del caudal se ha vuelto crucial en una amplia variedad de campos de aplicación, gracias a la combinación de sistemas automatizados y de control de procesos y avanzadas interfaces de comunicación como los sistemas en bus de campo. Este avance tecnológico ha generado una creciente importancia en la medición del caudal, que se ve reflejada en diversas funcionalidades:

  1. Visualización y registro: La capacidad de medir con precisión el caudal permite realizar un seguimiento exhaustivo de la cantidad de fluido que se está transportando, así como registrar esta información de manera sistemática.
  2. Monitorización, control y compensación: La medición del caudal en tiempo real facilita la monitorización constante de los flujos, lo que a su vez permite un control más preciso de los procesos y la capacidad de realizar ajustes o compensaciones necesarios.
  3. Dosificación y llenado: Conociendo el caudal exacto, se puede dosificar o llenar de manera precisa volúmenes específicos de fluidos, lo que resulta fundamental en procesos de producción o en aplicaciones que requieren una dosificación precisa.
  4. Medidas de concentración en fluidos bifásicos: La medición del caudal es esencial para determinar la concentración de diferentes componentes en fluidos bifásicos, lo que resulta relevante en campos como la industria química, petrolera o farmacéutica.
  5. Medidas de viscosidad en línea: La medición del caudal puede ser utilizada para obtener información sobre la viscosidad de los fluidos en tiempo real, lo cual es de gran utilidad en procesos donde es necesario controlar y ajustar la viscosidad de manera continua.
  6. Monitorización del estado de los equipos y verificación: La medición del caudal también se utiliza para el monitoreo del estado de los equipos, conocido como “Condition Monitoring”, lo que permite detectar posibles fallos o desviaciones en el rendimiento de los sistemas. Además, sirve para verificar y validar los resultados obtenidos en los procesos.

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Industrias que utilizan la tecnología de medición de caudal

La tecnología de medición de caudal es ampliamente utilizada en diversas industrias para medir y controlar el flujo de líquidos y gases. Algunas de las industrias que más utilizan esta tecnología son:

  • Industria química
  • Industria de petróleo y gas
  • Industria de ciencias de la vida
  • Industria de alimentación y bebidas
  • Gestión del agua
  • Generación de energía
  • Pulpa y papel
  • Llenado y dosificación
  • Construcción naval
  • Automoción
  • Industria minera y de construcción de túneles

Clasificación General de los Caudalímetros

El flujo de fluidos en tuberías cerradas se refiere a la cantidad de fluido que atraviesa una sección transversal de la tubería por unidad de tiempo. Esta cantidad puede medirse en volumen o en masa, lo que determina si se trata de un flujo volumétrico o un flujo másico. A continuación, se presentan los principios empleados en la medición del flujo según la variable que se esté midiendo:

Flujo Volumétrico

PrincipioTipo de Sensor
Presión diferencialPlaca de orificio
Tobera de flujo
Tobera-Venturi
Tubo de Venturi
Tubo de Dall
Cuña de flujo
Tubo de Pitot
Tubo de Annubar
Área VariableRotámetro
Cilindro y pistón
VelocidadTurbina
Ultrasonido
FuerzaPlaca de impacto
Tensión InducidaMedidor magnético
Desplazamiento PositivoDisco giratorio
Pistón oscilante
Pistón Alternativo
Medidor rotativo: ciloidal, birrotor, oval, paletas.
TorbellinoFrecuencia
Ultrasonido
Capacitancia
Jean-François DULHOSTE – Escuela de Ingeniería Mecánica – ULA

Flujo Másico

PrincipioTipo de sensor
TérmicoDe dos filamentos
De un filamento
MomentoAxial
De doble turbina
GiroscópicoMedidor de Coriolis
Presión diferencialPuente hidráulico
Jean-François DULHOSTE – Escuela de Ingeniería Mecánica – ULA

Caudalímetros más utilizados en la industria

La siguiente tabla proporciona una descripción general de los beneficios, inconvenientes y usos comunes de los caudalímetros en la industria. La selección del caudalímetro adecuado dependerá de los requisitos específicos de cada aplicación y las condiciones de operación, recomendamos pedir todos los detalles del caudalímetro a su fabricante.

Tipo de CaudalímetroFuncionamientoBeneficiosInconvenientesUsos Comunes en la Industria
Caudalímetro Vórtex
caudalimetro vortex
El caudalímetro Vortex se basa en el principio de formación de vórtices aguas abajo de un obstáculo. Un cuerpo de interferencia colocado en el centro de la tubería provoca la generación de vórtices cuando el flujo alcanza cierta velocidad. La frecuencia de los vórtices está relacionada directamente con la velocidad promedio y, por lo tanto, con el caudal volumétrico. Los vórtices generan presiones locales positivas y negativas que se alternan en ambos lados del cuerpo de interferencia. Estas presiones son detectadas por un sensor capacitivo y convertidas en señales digitales y lineales transmitidas a la electrónica del sistema.

Diámetros nominales: DN 15 a 300
Presión de proceso: máx. 250 bar
Temperatura de proceso: –200 a +400 °C
– Principio de medición universal: Puede utilizarse para medir líquidos y gases en diferentes aplicaciones.
– Medición multivariable: Permite la medición simultánea de caudal másico, densidad, temperatura y viscosidad.
– Alta precisión: Ofrece una precisión muy elevada en la medición, generalmente con un margen de error de ±0,1% de la lectura. Además, existe la opción de obtener una precisión aún mayor de ±0,05%.
– Independiente de propiedades físicas del fluido y perfil del caudal. El principio de medición no depende de las propiedades físicas del fluido ni del perfil del caudal, lo que lo hace versátil y confiable en diferentes condiciones de flujo.
– Requiere un fluido limpio y no corrosivo.
– Sensible a la presencia de burbujas o partículas en el fluido.
– Velocidades de caudal muy elevadas (> 100 000 m³/h).
– Los requisitos de tubería recta son altos. Necesita tramos rectos de tubería aguas arriba y aguas abajo para proporcionar mediciones precisas y confiables del flujo.
– No es adecuado para el flujo pulsante.
– Tiene un bajo rendimiento antivibración.
– El medidor de presión debe ubicarse 3 a 5 veces el diámetro del transductor, aguas abajo.
– El medidor de temperatura debe ubicarse de 6 a 8 veces el diámetro del transductor, aguas abajo.
– Se utilizan para medir una gran variedad de fluidos;
vapor saturado, vapor recalentado, aire comprimido,
nitrógeno, gases licuados, gases de salida, dióxido de
carbono, agua completamente desmineralizada, disolventes,
aceites térmicos, agua de alimentación de calderas o
condensaciones.
Caudalímetro de Presión diferencial
caudalimetro de presión diferencial
Los caudalímetros por presión diferencial se basan en la relación entre la sección transversal del conducto, la presión y la velocidad del fluido. Utilizan constricciones artificiales en el tubo de medición, como la placa orificio, la tubuladura y el tubo Venturi. Cuando el fluido fluye, se genera una diferencia de presión aguas arriba y aguas abajo de la constricción, lo cual permite medir el caudal. Por otro lado, el caudalímetro de tubo de Pitot utiliza tomas de presión para calcular la diferencia de presión estática, lo que se relaciona con la velocidad del fluido y el caudal. En resumen, estos caudalímetros miden la diferencia de presión para determinar el caudal del fluido.

Diámetros nominales: DN 10 a 4.000
Presión de proceso: máx. 420 bar
Temperatura de proceso: –200 a +1.000 °C
– Bajo costo y amplia disponibilidad.
– Adecuado para líquidos, gases y vapor.
– Los caudalímetros por presión diferencial se basan en la relación entre la sección transversal del conducto, la presión y la velocidad del fluido. Utilizan constricciones artificiales en el tubo de medición, como la placa orificio, la tubuladura y el tubo Venturi. Cuando el fluido fluye, se genera una diferencia de presión aguas arriba y aguas abajo de la constricción, lo cual permite medir el caudal. Por otro lado, el caudalímetro de tubo de Pitot utiliza tomas de presión para calcular la diferencia de presión estática, lo que se relaciona con la velocidad del fluido y el caudal. En resumen, estos caudalímetros miden la diferencia de presión para determinar el caudal del fluido.
– Elementos primarios robustos y totalmente
mecánicos, sin piezas móviles.
– Rango amplio de diámetros nominales
– Puede haber pérdidas de presión significativas.
– La precisión puede verse afectada por las condiciones del flujo.
– No son posibles ciclos de procesamiento de poco tiempo (de menos de 1 minuto).
– Sus aplicaciones principales son la medición en
circuitos de agua caliente y de refrigeración, así como la
medición de vapor y condensados a muy altas temperaturas
en fluidos de servicio
– Monitoreo de flujo de agua y gas en sistemas de tuberías.
– Control de flujo en procesos industriales, como la industria química y petroquímica.
Caudalímetro Electromagnético
caudalimetro electromagnetico
La ley de inducción de Faraday establece que el movimiento de una barra conductora a través de un campo magnético induce una tensión eléctrica. Este principio también se aplica en los caudalímetros electromagnéticos, donde las partículas cargadas eléctricamente al atravesar un campo magnético generado por dos bobinas, generan una tensión eléctrica proporcional a la velocidad del flujo y, por lo tanto, al caudal volumétrico. El campo magnético se genera utilizando una corriente continua pulsante de polaridad alterna, lo que garantiza la estabilidad del punto cero y permite mediciones precisas en líquidos no homogéneos o con varias fases, así como en líquidos de baja conductividad.

Diámetros nominales: DN 2 a 2 400
Presión de proceso: máx. 40 bar
Temperatura de proceso: –40 a +180 °C
– El principio de medición es prácticamente independiente de la presión, densidad, temperatura y viscosidad.
– Puede medir incluso líquidos que contienen sólidos en suspensión, como lechadas de minerales o pulpa de celulosa.
– Tiene un amplio rango de diámetros nominales, desde DN 2 hasta 2400.
– La tubería tiene una sección transversal libre, lo que permite la limpieza CIP/SIP y el uso de “pigs” para la limpieza.
– No tiene piezas móviles, lo que reduce los costos de mantenimiento.
– No causa pérdidas de carga en el sistema.
– Tiene una alta rangeabilidad de hasta 1000:1, lo que significa que puede medir un amplio rango de caudales.
– Proporciona medidas de alta fiabilidad, reproducibilidad y estabilidad a largo plazo.
– Buena precisión y estabilidad a largo plazo.
– No obstruye el flujo del fluido.
– Requiere un fluido conductivo.
– Costo inicial más alto en comparación con otros tipos de caudalímetros.
– La instalación y puesta en servicio es más complicada que la de otros caudalímetros, y los requisitos son más estrictos.
– Cuando se usa para medir el líquidos viscosos o con suciedad, se crean sedimentos que se adhieren a la pared interna o al electrodo lo que genera un error de medición.
– Medición de todo tipo de líquidos conductores de electricidad
(> 5 μS/cm), contengan o no materia sólida, p. ej., agua,
aguas residuales, lodo, suspensiones acuosas, pastas, ácidos,
álcalis, zumos o pulpa de frutas.
– Indicado para medición y
monitorización en continuo del caudal, llenado y dosificación,
así como aplicaciones de Custody Transfer (facturación).
– En la minería y construcción de túneles. Miden con precisión lechadas altamente abrasivas de minerales, líquidos con sólidos en suspensión, mezclas de agua y arena, materiales de relleno y mezclas pastosas de sólidos granulados.
Caudalímetro Ultrasónico
caudalimetro de ultrasonidos
El principio de “diferencia de tiempo de tránsito” se utiliza en este procedimiento. Consiste en colocar dos sensores opuestos, uno en cada extremo del tubo de medición. Cada sensor puede emitir y recibir señales ultrasónicas alternativamente mientras mide el tiempo de tránsito de la señal. Cuando un fluido fluye a través del tubo de medición, las señales que viajan en la misma dirección que el flujo se aceleran, mientras que las que viajan en dirección opuesta se retrasan. La diferencia en los tiempos de tránsito medidos por los dos sensores es directamente proporcional al caudal.

Diámetros nominales: DN 15 a 4.000
Presión de proceso: depende del sensor
Temperatura de proceso: –40 a +170 °C
– La medición es independiente de la presión, densidad, temperatura, conductividad y viscosidad (para fluidos homogéneos).
– La sección transversal de la tubería se mantiene libre, sin pérdidas de carga en el sistema.
– No tiene piezas móviles, lo que implica un mantenimiento mínimo.
– Tiene una larga vida útil y no se ve afectado por la abrasión o corrosión causada por el fluido.
– Ofrece diseños en línea o “clamp-on” no invasivos.
– No requiere contacto directo con el fluido, evitando obstrucciones o corrosión.
– Amplio rango de medición y alta precisión.
– Requiere un líquido con partículas suspendidas o gas con contenido de gotas para propagar las ondas ultrasónicas.
– Los fluidos deben transmitir las ondas ultrasónicas y ser homogéneos.
– Son más caros que los caudalímetros mecánicos.
– Necesitan más tramos rectos de entrada/salida.
– Sensible a la temperatura y las condiciones del fluido, como la viscosidad y la densidad.
– Uso en instalaciones ya existentes sin
interrumpir el proceso.
– Se usan para medir sin ningún problema fluidos agresivos,
incluso si están a altas presiones.
– Se usan en tuberías de plástico, acero, hierro fundido
o materiales compuestos (con / sin revestimiento).
– Control de flujo en tuberías de agua, petróleo y gas en la industria del petróleo y gas.
– Medición de flujo en industrias químicas, farmacéuticas y alimentarias.
Caudalímetro de Turbina
caudalimetro de turbina
El caudalímetro de turbina utiliza un rotor helicoidal que gira en un tubo cilíndrico por el flujo del fluido. El movimiento del rotor es proporcional al caudal del fluido. Una bobina de inducción en el exterior detecta el giro del rotor y genera una señal eléctrica. Esta señal se procesa para obtener datos del caudal, volumen, salidas digitales y analógicas, y dosificación. La velocidad de rotación del rotor está directamente relacionada con la velocidad del flujo; a mayor caudal, mayor velocidad. Un sensor cerca de las palas registra cada vuelta, generando una señal eléctrica para la medición del caudal y obtener datos precisos del flujo del fluido.– Poseen una excelente repetibilidad en mediciones a corto plazo.
– Algunos modelos tienen un amplio rango de valores de medición y un comportamiento lineal confiable.
– Cuentan con salidas digitales que permiten obtener información tanto sobre la cantidad total de caudal como sobre la velocidad del fluido.
– Proporcionan alta precisión en ciertas condiciones, como en rangos de medición y viscosidades específicas.
– La temperatura y la presión no suponen prácticamente limitaciones para su uso.
– Son altamente fiables y dan resultados positivos en aplicaciones con fluidos lubricantes.
– Permiten la medición con fluidos agresivos y no conductores, incluyendo gases.
– Tienen bajas pérdidas de carga.
– Puede funcionar en condiciones de alta presión y temperatura.
– Requieren tramos de entrada y salida largos (20 veces el diámetro nominal para los tramos de entrada y 5 veces para los de salida).
– Los vórtices en el flujo pueden afectar su rendimiento, pero este problema puede corregirse mediante el uso de acondicionadores de flujo.
– El desgaste de los pivotes, especialmente a altas velocidades del fluido, puede provocar desviaciones en las mediciones y reducir la vida útil del caudalímetro.
– Los modelos de pequeño tamaño pueden tener limitaciones en su rango de medición, lo que puede no ser adecuado para ciertas aplicaciones.
– Los fluidos pulsantes pueden afectar su funcionamiento correcto, generando mediciones incorrectas y sobreestimando los valores de caudal.
– Si el fluido contiene partículas sólidas intrusas, se requiere un filtro aguas arriba para evitar la caída de presión y posibles obstrucciones.
– El desgaste de la turbina puede afectar la precisión con el tiempo.
– Requiere una tubería completamente llena para un rendimiento óptimo.
– Monitoreo de flujo de agua en sistemas de riego y suministro de agua potable.
– Medición de flujo en procesos de petróleo y gas, como la medición de gas natural en estaciones de compresión.
– La medición de aceites.
– La industria láctica y de bebidas alimentarias.
Caudalímetro de Efecto Coriolis
caudalímetro de Coriolis
Un medidor de caudal por efecto Coriolis utiliza tubos de medición oscilantes controlados por un excitador. La inercia del fluido que fluye a través de los tubos causa torsión en las oscilaciones. Dos sensores detectan los cambios en la oscilación como “diferencias de fase”, proporcionando una medida directa del caudal másico. La frecuencia de oscilación también permite determinar la densidad del fluido. Sensores adicionales registran la temperatura del tubo para compensar influencias térmicas y se obtiene una señal de salida adicional para la temperatura del proceso.

Diámetros nominales: DN 1 a 400
Presión de proceso: máx. 400 bar
Temperatura de proceso: –50 a +350 °C
– Utilización de un principio de medición universal para líquidos y gases.
– Medición multivariable que permite obtener simultáneamente el caudal másico, la densidad, la temperatura y la viscosidad.
– Alta precisión de medición, generalmente con una precisión de ±0,1%.
– Independencia del principio de medición frente a las propiedades físicas del fluido y el perfil del caudal.
– No requiere tramos rectos de entrada o salida para una medición precisa.
– Alta precisión y estabilidad a largo plazo.
– Requiere una instalación y calibración precisa.
– No es adecuado para medir fluidos con baja densidad, como baja presión o gas de baja densidad.
– Un contenido ligeramente más alto de gas en el líquido puede causar un aumento significativo en el error de medición.
– Sensible a la interferencia de vibraciones externas.
– Limitado en su uso para diámetros mayores, con un tamaño máximo actual de 8 pulgadas.
– Genera una pérdida de presión considerable, especialmente al medir líquidos con alta presión de vapor saturado, lo que puede llevar a la vaporización del líquido y cavitación.
– Costo inicial más alto en comparación con otros tipos de caudalímetros.
– Medición de flujo en aplicaciones críticas, como la dosificación de productos químicos en la industria farmacéutica.
– Se utiliza en industrias como ciencias de la vida, el químico, petroquímico, el del gas y petróleo, el alimentario y en el ámbito de las aplicaciones de Custody Transfer (facturación).
– Se pueden medir prácticamente todo tipo de fluidos: detergentes, disolventes, combustibles, petróleo, aceites vegetales, grasas animales, látex, aceites de silicio, alcoholes, zumos, pastas dentífricas, vinagres, ketchup, mayonesas, gases o gases licuados.
Caudalímetros másicos por dispersión térmica
caudalímetro dispersión térmica
Utiliza dos sensores de temperatura para medir el caudal de un fluido. Uno de los sensores establece la temperatura de referencia midiendo la temperatura efectiva del fluido, mientras que el segundo sensor se calienta y mantiene una diferencia de temperatura constante en comparación con el primero en condiciones de “flujo cero”. A medida que el fluido circula por el tubo de medición, el sensor más caliente se enfría debido al efecto de enfriamiento causado por el flujo. La corriente eléctrica requerida para mantener la diferencia de temperatura constante entre los sensores es una medida directa del caudal másico del fluido. En resumen, el caudalímetro por dispersión térmica aprovecha el enfriamiento del sensor para medir el caudal del fluido.

Diámetros nominales: DN 15 a 1.500
Presión de proceso: máx. 40 bar
Temperatura de proceso: –40 a +130 °C
– Mide y muestra directamente el caudal másico y la temperatura del fluido.
– No necesita compensaciones de presión o temperatura.
– Alta rangeabilidad (100:1), es decir, puede medir un amplio rango de caudales.
– Excelente sensibilidad en caudales bajos.
– Responde rápidamente a cambios en el caudal.
– Casi no produce pérdida de carga en el sistema.
– No requiere mantenimiento y no contiene piezas móviles.
– Las propiedades físicas del fluido; conductividad térmica, capacidad calórica o su composición gaseosa, pueden afectar la medició.
– Alteran la medición frente a cambios bruscos de temperatura por efecto de transferencia térmica en los sensores.
– Requieren de una calibración precisa.
– Utilizados para medidas directas de la masa de gases industriales y aire comprimido, incluso cuando el caudal y la presión son muy pequeños.
– Plantas de producción de gases limpios como helio, argón e hidrógeno, donde se necesita medir el caudal másico.
– Medición de nitrógeno en líneas de inertización.
– Medición de dióxido de carbono (CO2) en plantas envasadoras de cerveza y bebidas gasificadas.
• Medición del consumo de oxígeno en calderas y quemadores para optimizar la eficiencia energética.
• Medición del caudal de gases residuales (como el gas de chimenea) en plantas de tratamiento de aguas y en industrias petroquímicas
Fuente: Información obtenida de fabricantes

La gran diversidad de modelos de caudalímetros existentes confirma que no existe una fórmula universal para medir el flujo de manera ideal. La elección adecuada debe basarse en diversos factores como el caudal, viscosidad, temperatura, composición química y presión del fluido que se pretende medir. Cada aplicación requiere un tipo de caudalímetro específico que se ajuste mejor a sus necesidades particulares.

La consideración de costos también juega un papel crucial en esta decisión. La confiabilidad, precisión y durabilidad de los caudalímetros están directamente relacionadas con el costo que conllevan. Es evidente que buscar un caudalímetro para un producto de consumo masivo, como un calentador de agua, es diferente de buscar uno para medir el flujo de sangre en un baipás o la cantidad de vapor a presión que se libera en la chimenea de una planta de energía nuclear.

Cabe destacar que en cada caso, la elección del caudalímetro debe sopesar cuidadosamente estos aspectos, ya que una selección errónea podría afectar la eficiencia del proceso o incluso poner en riesgo la seguridad y la precisión de las mediciones. Por lo tanto, es esencial evaluar todas las variables mencionadas para determinar el caudalímetro más adecuado y garantizar un funcionamiento óptimo en cada situación.