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Introducción a los medidores de flujo

¿Qué son los medidores de flujo?
Un flujometro es un instrumento que se usa para medir el caudal lineal, no lineal, de masa o volumétrico de un líquido o gas.

Cómo seleccionar un flujometro
La base de una buena selección de un flujometro es una comprensión clara de los requisitos de la aplicación en particular. Por lo tanto, se deberá invertir tiempo en evaluar por completo la naturaleza del fluido de proceso y de la instalación en general.

Estas son algunas preguntas clave a responder antes de seleccionar un flujometro:
  • ¿Cuál es el líquido que se está midiendo con el flujometro o medidores de flujo (aire, agua, etc.)?
  • ¿Necesita que el flujometro ejecute medición de caudal o totalización?
  • Si el líquido no es agua, ¿cuál es la viscosidad del líquido?
  • ¿Está limpio el fluido?
  • ¿Necesita una visualización local en el flujometro o necesita una salida de señal electrónica?
  • ¿Cuál es el gasto mínimo y máximo para el flujometro?
  • ¿Cuál es la presión de proceso mínima y máxima?
  • ¿Cuál es la temperatura de proceso mínima y máxima?
  • ¿Es el fluido químicamente compatible con las partes húmedas del flujometro?
  • Si esta es una aplicación de proceso, ¿cuál es el tamaño de la tubería?


Orientación de medición del flujo

Al escoger medidores de flujo, se deberían tomar en cuenta factores intangibles como la familiaridad del personal de la planta, su experiencia con calibración y mantenimiento, disponibilidad de repuestos, e historial de tiempo promedio entre fallas, etc., en el sitio de la planta en particular. También se recomienda que se calcule el costo de la instalación solo después de dar estos pasos. Uno de los errores de medición de flujo más frecuentes es la inversión de esta secuencia: en lugar de seleccionar un sensor que tendrá un desempeño correcto, se intenta justificar el uso de un dispositivo sólo porque es menos costoso. Estas compras "económicas" pueden ser las instalaciones más costosas.


La base de una buena selección de un flujometro es una comprensión clara de los requisitos de la aplicación en particular. Por lo tanto, se deberá invertir tiempo en evaluar por completo la naturaleza del fluido de proceso y de la instalación en general.


El primer paso en la selección de un sensor de flujo es determinar si la información del caudal debería ser continua o totalizada, y si esta información se necesita en forma local o remota. Si es remota, ¿debería ser el transmisor, analógico, digital o compartido? Si es compartida, ¿cuál es la frecuencia requerida (mínima) de actualización de datos? Una vez que se contesten estas preguntas, deberá efectuarse una evaluación de las propiedades y características de flujo del líquido de proceso, y de la tubería en que se conectará el flujometro. Para acercarnos a esta tarea de manera sistemática, se han desarrollado formularios que requieren que se llenen los siguientes tipos de datos para cada aplicación: Descargue el formulario de evaluación del flujometro


Características de flujo y fluido: En esta sección de la tabla, se da el nombre del fluido y se indican su presión, temperatura, caída de presión permisible, densidad (o gravedad específica), conductividad, viscosidad (¿es newtoniano o no?) y presión de vapor a la temperatura operativa máxima, junto con una indicación de cómo estas propiedades podrían variar o interactuar. Además, se deberá proporcionar toda la información de seguridad o toxicidad, junto con datos detallados de la composición del fluido, presencia de burbujas (abrasivas o suaves, tamaño de partículas, fibras), tendencia a recubrir y cualidades de transmisión de luz (¿opaco, traslúcido o transparente?).


Al seleccionar medidores de flujo, se deberán dar los valores mínimos y máximos esperados de presión y temperatura además de los valores de operación normales. Si el flujo puede invertirse, si no siempre llena la tubería, si se puede generar un patrón de flujo de varias fases (aire-sólidos-líquido), si son probables la aeración o la pulsación, si pueden ocurrir cambios bruscos en la temperatura, o si se necesitan precauciones especiales durante la limpieza y el mantenimiento: esos hechos también se deberían anotar.

Respecto a la tubería y el área en la que se van a ubicar los medidores de flujo, considere:

Para la tubería, su dirección (evite flujo hacia abajo en aplicaciones con líquidos), tamaño, material, cédula, clasificación de brida-presión, accesibilidad, giros corriente arriba o abajo, válvulas, reguladores, y tramos de tubería recta disponibles.

El ingeniero encargado de la especificación debe saber si hay vibración o campos magnéticos presentes en el área o si son posibles, si el área está clasificada para riesgos de explosión, o si hay otros requisitos especiales como cumplimiento con regulaciones sanitarias o de limpieza in situ (clean-in-place, CIP).


El siguiente paso es determinar el rango de medidor requerido al identificar los flujos mínimo y máximo (másico o volumétrico) que se medirán. Después de eso, se determina la precisión de la medición de flujo requerida. La precisión se especifica típicamente como unidades de porcentaje de la lectura real (AR), en porcentaje de intervalo calibrado (CS), o en porcentaje de escala completa (FS). Los requisitos de precisión se deberán declarar por separado a caudales mínimo, normal y máximo. A menos que conozca esos requisitos, el desempeño de su flujometro puede no ser aceptable en el rango completo.


En aplicaciones en las que los productos se venden o compran según una lectura de medidor, una precisión absoluta es crucial. En otras aplicaciones, la repetibilidad puede ser más importante que la precisión absoluta. Por lo tanto, es aconsejable establecer por separado los requisitos de precisión y repetibilidad de cada aplicación y declarar ambos en las especificaciones.


Cuando la precisión de un flujometro se declara en unidades de % CS o % FS, su error absoluto aumentará a medida que el caudal medido baja. Si el error del medidor se declara en % AR, el error en términos absolutos es igual a flujos altos o bajos. Debido a que escala completa (FS) siempre es una cantidad más grande que el intervalo calibrado (CS), un sensor con un desempeño en % FS siempre tendrá un error más grande que uno con la misma especificación en % CS. Por lo tanto, para comparar con equidad, es aconsejable convertir todas las declaraciones de error en las mismas unidades de % AR.


En especificaciones de flujometro bien preparadas, todas las declaraciones de precisión se convierten en unidades de % AR uniformes y estos requisitos de % AR se especifican por separado para flujos mínimo, normal o máximo. Todas las especificaciones y propuestas de medidores de flujo deberán declarar claramente la precisión y la repetibilidad del medidor a flujos mínimo , normal y máximo.


Si se puede obtener un desempeño de medición aceptable de dos categorías de flujometro diferente y una no tiene piezas móviles, seleccione la que no tienen piezas móviles. Las piezas móviles son una posible fuente de problemas, no solo por las obvias razones de desgaste, lubricación y sensibilidad al recubrimiento, sino también porque las piezas móviles exigen espacios libres que a veces introducen un "deslizamiento" en el flujo que se está midiendo. Incluso con medidores bien mantenidos y calibrados, este flujo sin medir varía con los cambios en la viscosidad y temperatura del fluido. Los cambios en la temperatura también cambian las dimensiones internas del medidor y exigen compensación.


Además, si se puede obtener el mismo desempeño de un flujometro completo y de un sensor de punto, normalmente es aconsejable usar el flujometro. Debido a que los sensores de punto no ven el flujo completo, leen con precisión sólo si se insertan a una profundidad en la cual la velocidad del flujo es el promedio del perfil de velocidad en el tubo. Incluso si este punto se determina cuidadosamente en el momento de calibración, no es probable que quede inalterado, puesto que los perfiles de velocidad cambian con el caudal, la viscosidad, la temperatura y otros factores.


Antes de especificar un flujometro, también es aconsejable determinar si la información de flujo será más útil si se presenta en unidades de masa o volumétricas. Al medir el flujo de materiales compresibles, el caudal volumétrico no es muy significativo a menos que la densidad (y a veces también la viscosidad) sea constante. Cuando se mide la velocidad (caudal volumétrico) de líquidos incompresibles, la presencia de burbujas suspendidas causará error; por lo tanto, se deben eliminar el aire y el gas antes de que el fluido llegue al medidor. En otros sensores de velocidad, los revestimientos de la tubería pueden causar problemas (ultrasónicos), o el medidor puede dejar de funcionar si el número de Reynolds es demasiado bajo (en medidores de tipo de contador de turbulencia de Karman, se requiere RD > 20,000).


A la vista de estos factores, se deberán tener en mente los medidores de flujo másicos, que son insensibles a las variaciones de densidad, presión y viscosidad, y no resultan afectados por los cambios en el número de Reynolds. En la industria química también se subutilizan los diversos canales que pueden medir el flujo en tuberías parcialmente llenas y pueden pasar grandes sólidos flotantes o asentables.



caudalímetros
Diagrama: Diseños para caudalímetros de pistón
Un diagrama que ilustra diferentes diseños para medidores de flujo de pistón.
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Caudalímetro de tiempo de tránsito ultrasónico
Alguna información técnica sobre el flujometro de tiempo de flujo.

Gráfica: Pérdida de presión: Venturi vs. orificio
Una gráfica que muestra la relación de pérdida de presión de Venturi vs. orificio básica. Haga clic en la imagen para ver un tamaño ampliado.

Gráfica: Pérdida de presión de caudalímetro: Venturi vs. orificio
Una gráfica que muestra una variedad de estilos de diseño para medidores de flujo de área variable.
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Gráfica: efecto del número de Reynolds en diversos caudalímetros
Una gráfica que muestra el efecto de los números de Reynolds en diversos medidores de flujo. Haga clic en la imagen para ver un tamaño ampliado.


Gráfica: Flujo magnético, densidad de radiación y momento angular de caudalímetros tradicionales
Una gráfica que muestra flujo magnético, densidad de radiación y momento angular de medidores de flujo tradicionales.

Tipos de medidores de flujo
FLD2000

Rotámetro o flujometro de área variable para gases y líquidos

El rotámetro es un tubo ahusado y un flotador. Es el flujometro de área variable más ampliamente usado debido a su bajo costo, simplicidad, baja caída de presión, rango de medida relativamente amplio, y salida lineal.

Lista completa de rotámetros.

FLMG

Más medidores de flujo variables: medidores de flujo de resorte y pistón para gases y líquidos
Los medidores de flujo de tipo de pistón usan un orificio anular formado por un pistón y un cono ahusado. El pistón se mantiene en su lugar en la base del cono (en la "posición sin flujo") mediante un resorte calibrado. Las escalas se basen en gravedades específicas de 0.84 para medidores de aceite, y 1.0 para medidores de agua. Su simplicidad de diseño y la facilidad con la que se pueden equipar para transmitir señales eléctricas los ha convertido en una alternativa económica a los rotámetros para indicación y control de caudal.

Listado completo de medidores de flujo de resorte y pistón
Serie FMA-A2000 medidores de flujo de gas másicos
Los medidores de flujo másicos de tipo térmico funcionan con una dependencia menor de densidad, presión y viscosidad del fluido. Este estilo de flujometro usa, bien un transductor y sensor de temperatura de presión diferencial o bien un elemento detector calentado y principios de conducción térmica para determinar el caudal másico verdadero. Muchos de estos medidores de flujo másicos tienen pantallas y salidas analógicas incorporadas para registro de datos. Entre las aplicaciones populares están la prueba de fuga y las mediciones de flujo básico en el rango de mililitros por minuto.

Listado completo de de medidores de flujo másicos.
FD-7000 medidores de flujo ultrasónicos (no intrusivos o Doppler) para líquidos
Los medidores de flujo Doppler ultrasónicos normalmente se usan en aplicaciones sucias como aguas residuales y otros fluidos y lodos sucios que normalmente causan daño a los sensores convencionales. El principio de funcionamiento básico emplea el cambio de frecuencia (efecto Doppler) de una señal ultrasónica cuando la reflejan partículas suspendidas o burbujas de gas (discontinuidades) en movimiento.

Listado completo de medidores de flujo ultrasónicos.
FTB-900 medidores de flujo de turbina
El medidor de turbina puede tener una precisión de 0.5% de la lectura. Es un medidor muy preciso y se puede usar para líquidos limpios y líquidos viscosos hasta 100 centistokes. Se requiere un mínimo de 10 diámetros de tubería recta en la admisión. Las salidas más comunes son una frecuencia de onda sinusoidal u onda cuadrada pero se pueden montar acondicionadores de señales encima para obtener salidas analógicas y clasificaciones a prueba de explosión. Los medidores consisten en un rotor de varias hojas montado en ángulos rectos al flujo y suspendido en la corriente de fluido en un cojinete que gira libremente.

Listado completo de medidores de flujo de turbina.
FP7002 Sensor de rueda de paletas
Uno de los medidores de flujo más populares y rentables para agua o fluidos semejantes al agua. Muchos se ofrecen con conexiones de flujo o estilos de inserciones. Estos medidores, como el medidor de turbina, requieren un mínimo de 10 diámetros de tubería recta en la admisión y 5 en la salida. Se deberá verificar la compatibilidad química cuando no se use agua. Las salidas de pulso de onda sinusoidal y onda cuadrada son típicas pero hay transmisores disponibles para montaje integral o en panel. El rotor de la rueda de paletas es perpendicular al flujo y está en contacto sólo con una sección transversal limitada del flujo.

Listado completo de medidores de flujo de ruedas de paletas.
Serie FPD2000 medidores de flujo de desplazamiento positivo
Estos medidores se usan para aplicaciones de agua cuando no hay tubería recta disponible y los medidores de turbina y el sensor de rueda de paletas verían demasiada turbulencia. El desplazamiento positivo también se usa para líquidos viscosos.

Listado completo de medidores de flujo de desplazamiento positivo.
FV-500C Medidores de vórtice
Las principales ventajas de los medidores de vórtice son su baja sensibilidad a las variaciones en las condiciones de proceso y su bajo desgaste en comparación con los medidores de orificio y de turbina. Además, los costos iniciales y de mantenimiento son bajos. Por eso, han estado ganando más aceptación entre los usuarios. Los medidores de vórtice requieren dimensionamiento; comuníquese con nuestro departamento de ingeniería de flujo.

Listado completo de medidores de flujo de vórtice.
FTP-6100 Tubos Pitot o sensor de presión diferencial para líquidos y gases
Los tubos Pitot ofrecen las ventajas de instalación fácil y de bajo costo, mucho menor pérdida de presión permanente, bajo mantenimiento y buena resistencia al desgaste. Los tubos Pitot requieren dimensionamiento; comuníquese con nuestro departamento de ingeniería de flujo.

Listado completo de medidores de flujo de tubo Pitot.
FMG900 medidores de flujo magnéticos para líquidos conductores
Disponible en estilo en línea o de inserción. Los medidores de flujo magnéticos no tienen piezas móviles y son ideales para aplicaciones en aguas residuales o cualquier líquido sucio que sea conductor. Las pantallas están incorporadas o se puede usar una salida analógica para monitoreo remoto o registro de datos.

Listado completo de medidores de flujo magnéticos.
FMA1000 Anemómetros para medición de flujo de aire
Los anemómetros de alambre caliente son sondas sin piezas móviles. El flujo de aire se puede medir en tuberías y ductos con un instrumento manual o de montura permanente. También hay disponibles anemómetros de álabes. Los anemómetros de álabes normalmente son más grandes que un alambre caliente pero son más resistentes y económicos. Hay modelos disponibles con medición de temperatura y humedad.

Listado completo de medidores de flujo de aire o anemómetros.

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