Visión general
- Comprender los principios detrás de los diversos tipos de caudalímetros es esencial para el monitoreo de fluidos. Este artículo presenta los principios de funcionamiento de distintos caudalímetros, incluidos los ultrasónicos, de área variable, Coriolis, de rueda de paletas, de desplazamiento positivo, de vórtice, de turbina, de presión diferencial, de flujo laminar, electromagnéticos y de masa térmica. Estos caudalímetros emplean diferentes fenómenos físicos y tecnologías, adecuados para una amplia gama de aplicaciones de medición de fluidos.
Los caudalímetros son instrumentos ampliamente utilizados y versátiles en sistemas de procesamiento de fluidos, desde la producción de productos químicos agrícolas hasta instalaciones de tratamiento de agua. Permiten monitorear la eficiencia operativa y brindan datos para detectar posibles problemas en las tuberías. Este artículo se enfoca en comprender los principios de funcionamiento de diferentes tipos de caudalímetros. Para obtener información sobre sus ventajas, desventajas y consejos de selección, consulta la
Guía de selección de caudalímetros - Ventajas y desventajas de 11 tipos de caudalímetros
Caudalímetros ultrasónicos

Un caudalímetro ultrasónico calcula el caudal utilizando el método de tiempo de tránsito. Las ondas ultrasónicas viajan más rápido y con menor tiempo de tránsito en la dirección del flujo, mientras que en la dirección opuesta viajan más lento, aumentando el tiempo de tránsito. Midiendo esta diferencia de tiempo, se determina la velocidad del flujo del fluido (como se ilustra en el diagrama).
Algunos caudalímetros ultrasónicos utilizan el método Doppler, basado en el efecto Doppler. Cuando las ondas ultrasónicas encuentran partículas o burbujas en movimiento dentro del fluido, la frecuencia reflejada cambia. Midiendo este cambio de frecuencia, se puede calcular la velocidad del flujo.
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Caudalímetro ultrasónico patentado fabricado en Taiwán por LORRIC con activación de un clic.
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Caudalímetros de área variable (Rotámetros)

Un flotador se suspende dentro de un tubo cónico (más ancho en la parte superior, más estrecho en la inferior). Cuando el fluido fluye a través del tubo, genera una diferencia de presión que ejerce una fuerza ascendente que se equilibra con el peso del flotador, alcanzando una región de equilibrio estable. A medida que aumenta el caudal, se requiere una mayor área de sección transversal para sostener el flotador en equilibrio, lo que hace que el flotador suba a una posición más alta. Por lo tanto, un caudalímetro de área variable (rotámetro) mide el caudal observando el cambio de área donde el flotador se estabiliza.
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Caudalímetros Coriolis

Un caudalímetro Coriolis mide el caudal másico aprovechando el fenómeno físico de la fuerza de Coriolis (donde una partícula que se mueve en línea recta dentro de un sistema en rotación, y no paralela a la rotación, experimenta una desviación en su trayectoria debido a la inercia del sistema). Cuando el fluido fluye a través de un tubo en forma de U, la fuerza de Coriolis causa una ligera torsión y vibración del tubo. La diferencia en la dirección del flujo entre la entrada y la salida provoca esta torsión. Sensores ubicados cerca de la entrada y salida detectan y calculan estas vibraciones. Al analizar la amplitud y frecuencia de las vibraciones, se determina el caudal másico y la densidad del fluido, lo que convierte a este tipo en un medidor especialmente diseñado para medición másica.
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Caudalímetros de rueda de paletas

Similar a la estructura de una rueda hidráulica, el fluido al pasar la hace girar. Componentes metálicos magnéticos incrustados en las paletas generan señales de pulso, las cuales son detectadas por un sensor. Al contar estos pulsos, la velocidad del flujo puede convertirse en caudal. El método de cálculo de un caudalímetro de rueda de paletas es: Flujo por pulso × Número de pulsos ÷ Tiempo = Caudal instantáneo.
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Caudalímetros de desplazamiento positivo

Un caudalímetro de desplazamiento positivo cuenta con una cámara de volumen fijo (comúnmente llamada cámara de medición) que mide el caudal calculando repetidamente el volumen de fluido que pasa por dicha cámara. Dentro de la cámara de medición se instalan engranajes (componentes giratorios). A medida que el fluido pasa por el caudalímetro, se genera una diferencia de presión entre la entrada y la salida, lo que impulsa la rotación de los engranajes y empuja el fluido hacia la salida de forma continua.
Dado que el volumen de la cámara es fijo, medir el número de giros de los engranajes permite determinar con precisión el volumen de fluido que pasa por el caudalímetro. En general, los engranajes están diseñados con alta resistencia química. Los caudalímetros de desplazamiento positivo se caracterizan por su alta capacidad de presión diferencial, su idoneidad para líquidos altamente viscosos y su alta precisión.
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Caudalímetros de vórtice

Un caudalímetro de vórtice funciona basado en el principio de la calle de vórtices de Kármán, llamado así por el ingeniero y físico húngaro-estadounidense Theodore von Kármán, quien lo describió teóricamente por primera vez en 1912. Se coloca un obstáculo en la tubería, y a medida que el fluido fluye alrededor de este obstáculo, se forman vórtices aguas abajo. La frecuencia de formación de vórtices es proporcional a la velocidad del flujo. Generalmente, se utilizan métodos ultrasónicos para medir la frecuencia de los vórtices, la cual luego se usa para calcular el caudal.
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Caudalímetros de turbina

Una turbina está ubicada en el centro de la tubería del caudalímetro. A medida que el fluido fluye, ejerce fuerza sobre las palas de la turbina, haciéndolas girar. Una vez que se alcanza una velocidad de rotación estable, esta es directamente proporcional a la velocidad del flujo. La detección magnética genera señales de pulso, que son convertidas por sensores para calcular el caudal. Las RPM (revoluciones por minuto) son directamente proporcionales al caudal, y el número de revoluciones es proporcional al volumen total que ha pasado.
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Caudalímetros de presión diferencial

Un caudalímetro de presión diferencial (también conocido como de estrangulamiento) mide el flujo utilizando la diferencia de presión que se genera cuando el fluido pasa por un dispositivo de estrangulamiento. Usando un orificio precisamente mecanizado, se mide la presión en la entrada y en la salida. La diferencia de presión entre ambos extremos del orificio se utiliza para calcular el caudal. La velocidad del flujo también está relacionada con el tamaño del orificio.
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Caudalímetros de flujo laminar

Un caudalímetro de presión diferencial, compuesto por sensores y un manómetro diferencial, mide el flujo detectando la diferencia de presión en ambos extremos del sensor. El principio es que, debido a las fuerzas adhesivas, el flujo del fluido provoca pérdidas de energía en forma de presión. Durante un flujo estable, existe una relación fija entre la pérdida de presión, la viscosidad del fluido y el caudal. La presión diferencial (△P) tiene una relación lineal con el caudal volumétrico (Qv). Este tipo de caudalímetro se utiliza principalmente para medir flujos pequeños, pero cuando se aplica a fluidos de alta viscosidad, es importante mantener un estado de flujo laminar estable.
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Caudalímetros electromagnéticos

Un caudalímetro electromagnético funciona según el principio de inducción electromagnética. Mide el flujo de un fluido conductor detectando la fuerza electromotriz generada cuando el fluido pasa a través de un campo magnético aplicado. Una bobina instalada sobre la tubería genera el campo magnético, y el fluido debe contener iones cargados. A medida que el fluido atraviesa el campo magnético, se induce un voltaje entre ambos lados de la tubería. Esta fuerza electromotriz es proporcional a la velocidad media del flujo y se utiliza para calcular el caudal.
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Caudalímetros másicos térmicos

Un caudalímetro másico térmico consiste en dos tubos (u otros objetos calefactables) colocados dentro del fluido. Uno de estos tubos se calienta, y a medida que el fluido entra en contacto con el tubo caliente, disipa calor, lo que incrementa la temperatura del fluido. Al medir los cambios de temperatura entre ambos tubos, se puede determinar el caudal. Este principio generalmente requiere más tiempo para alcanzar un estado estable.
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