Los caudalímetros son instrumentos especializados utilizados para medir el caudal de fluidos, de amplia aplicación en campos industriales y científicos. Este artículo ofrece una demostración animada y breves descripciones de los principios de funcionamiento de 11 caudalímetros industriales de uso común. Estos dispositivos aprovechan principios de la mecánica, la electricidad, la termodinámica y otras disciplinas, y ofrecen un apoyo técnico fundamental para la producción industrial y la investigación científica.
1. Caudalímetro de turbina
La velocidad de rotación de la turbina es directamente proporcional a la velocidad de flujo del fluido dentro de un rango específico. A medida que el fluido fluye, impulsa la turbina para que gire. La velocidad de rotación se convierte en señales de impulsos eléctricos, que se muestran en un instrumento secundario y reflejan con precisión el caudal de fluido.
2. Rotámetro (caudalímetro de área variable)
El fluido entra en el tubo cónico por la parte inferior, empujando el flotador hacia arriba. El flotador está sometido a la presión dinámica del flujo ascendente, a la flotabilidad debida al fluido desplazado y a la fuerza gravitatoria descendente de su propio peso. A medida que cambia el caudal, las fuerzas que actúan sobre el flotador se ajustan en consecuencia. Cuando estas fuerzas alcanzan el equilibrio, el flotador se estabiliza en una posición específica dentro del tubo. Para un diseño determinado, la posición del flotador corresponde a un caudal específico, calibrado por la escala del tubo o el sistema electrónico de medición. Esto permite leer directamente el caudal, proporcionando un método fiable y preciso para la monitorización continua del caudal.
3. Caudalímetro electromagnético
Caudalímetros electromagnéticos funcionan según la ley de inducción electromagnética de Faraday, según la cual se induce una tensión proporcional a la velocidad del caudal cuando un fluido conductor se desplaza a través de un campo magnético. Los electrodos detectan esta tensión, que el transmisor procesa para determinar el caudal volumétrico. Al no tener piezas móviles, estos medidores son muy fiables, requieren poco mantenimiento y son ideales para líquidos conductores como el agua, las aguas residuales y los fluidos corrosivos, ofreciendo versatilidad y durabilidad en diversas aplicaciones industriales.
4. Caudalímetro de vórtice
Los caudalímetros de vórtice utilizan el principio de oscilación del fluido. Cuando el fluido pasa por un cuerpo abombado del caudalímetro, se generan vórtices alternos aguas abajo, con una frecuencia proporcional a la velocidad del fluido. Midiendo la frecuencia de los vórtices y teniendo en cuenta la sección transversal de la tubería, se calcula el caudal. Este método sencillo y fiable se utiliza ampliamente.
5. Caudalímetro másico Coriolis
Basándose en el efecto Coriolis, el fluido que circula por un tubo vibrante genera una fuerza proporcional al caudal másico. Al medir esta fuerza, el caudalímetro Coriolis determina directamente y con precisión el caudal másico. Se utiliza ampliamente en aplicaciones industriales de precisión.
6. Caudalímetro de orificio
Cuando un fluido atraviesa una placa orificio, se acelera mientras la presión estática disminuye, creando una diferencia de presión entre los lados aguas arriba y aguas abajo. Basándose en el principio de conservación de la energía, el caudal es directamente proporcional a esta diferencia de presión. Los caudalímetros de orificio son rentables y adecuados para diversos medios.
7. Caudalímetro de boquilla
A medida que el fluido atraviesa la tobera, su velocidad aumenta mientras que la presión estática disminuye, creando una diferencia de presión. El caudal es proporcional a esta diferencia de presión. Midiendo la diferencia de presión, se determina con precisión el caudal. Los caudalímetros de tobera son fiables y adecuados para condiciones de alta velocidad y alta presión.
8. Caudalímetro Venturi
A medida que el fluido fluye a través de la constricción de un tubo de Venturi, su velocidad aumenta y la presión estática disminuye, creando una diferencia de presión. La diferencia de presión se correlaciona con el caudal. Los caudalímetros Venturi tienen una baja pérdida de presión y son adecuados para medir grandes caudales.
9. Caudalímetro ultrasónico
Los caudalímetros ultrasónicos suelen utilizar el "método de diferencia de tiempo", en el que dos transductores transmiten señales ultrasónicas a través del fluido. La diferencia en el tiempo de recorrido entre las señales aguas arriba y aguas abajo se utiliza para calcular la velocidad del fluido y el caudal. Este método no invasivo y de alta precisión es versátil y ampliamente aplicable.
10. Caudalímetro de desplazamiento positivo
Impulsados por la diferencia de presión entre la entrada y la salida, los rotores del caudalímetro giran, haciendo que el fluido llene y descargue cámaras de volumen fijo. Contando el número de rotaciones del rotor, puede calcularse directamente el volumen total de fluido que pasa por el caudalímetro. Este método es muy preciso e ideal para líquidos de alta viscosidad.
11. Medidor de caudal de engranaje oval
La diferencia de presión acciona un par de engranajes ovalados que giran continuamente, midiendo y transfiriendo líquido de la cavidad en forma de media luna a la salida. El caudal total es directamente proporcional al número de rotaciones del engranaje multiplicado por el volumen por rotación. Este medidor es eficaz para la medición de caudal de líquidos de alta viscosidad.
Conclusión
Los 11 caudalímetros presentados en este artículo abarcan principios de la mecánica, la electricidad y la termodinámica, con amplias aplicaciones en la medición de caudal industrial y científica. Comprender sus principios de funcionamiento puede ayudar a seleccionar el caudalímetro más adecuado para necesidades específicas, mejorando la precisión de las mediciones y la eficacia operativa.
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