Caudalímetros volumétricos, gran exactitud y larga duración en la medición de fluidos viscosos

23 Septiembre 2010

 

 

Los caudalímetros volumétricos, o de desplazamiento positivo, son el único tipo de caudalímetros que indica el caudal volumétrico. Hay modelos de todos los tipos y medidas. En tanto que familia, son en conjunto los mejores dispositivos de medición de caudal volumétrico.

Sin embargo, sólo se pueden emplear con fluidos limpios y presentan limitaciones de tamaño y velocidad de caudal en comparación con otros tipos de caudalímetros. Son conocidos en todo el mundo simplemente como "contadores PD" (positive displace-ment flowmeters).

 

Vista de un flujometro volumetrico marca SIKA

 

Principio de medición

 

Los dispositivos que funcionan según este principio disponen de cámaras desplazables que dividen el fluido en volúmenes fijos conocidos con precisión a medida que éste pasa por el caudalímetro (Ver la figura adelante). El recuento de los volúmenes individuales de fluido da el valor total del caudal. Las cámaras de medición internas (sistemas de engranajes, émbolos u otros elementos) se mueven por la propia presión de la tubería. El número de giros es un indicador del volumen que ha pasado por el caudalímetro.

 

Fig: Principio de funcionamiento de los caudalímetros volumétricos (aquí un ejemplo de caudalímetro de engranajes ovalados).

 

Los caudalímetros volumétricos son únicamente dispositivos de medición del volumen de caudal y sólo pueden registrar el caudal en un único sentido (son unidireccionales). El llenado y el vaciado cíclicos de las cámaras impone un cierto grado de pulsación al fluido. La intensidad de la pulsación a la salida depende de la velocidad del caudal y del modelo de caudalímetro. Por ello es necesario acomodar las señales analógicas a estas pulsaciones antes de utilizarlas como funciones de control.

 

El movimiento interno de las cámaras de medición se puede transmitir directamente a un caudalímetro mecánico. O, alternativamente, los caudalímetros volumétricos pueden estar equipados con bobinas inductivas u otros tipos de generadores de señal. Al contrario que otros tipos de contadores, los caudalímetros volumétricos pueden funcionar sin alimentación eléctrica externa.

 

Todos estos caudalímetros tienen en común un amplio rango de valores de medida, que supera la relación 40:1 (puede alcanzar los 400:1) sin que varíe su error sistemático de medición. El cuidado en el manejo y un buen ajuste de los intersticios entre el elemento de medición y el cuerpo del caudalímetro ayudan a ello. Los contadores PD son una de las pocas clases de caudalímetros en que su exactitud de medición aumenta al aumentar la viscosidad del fluido. Además, su funcionamiento no se ve afectado por turbulencias, vórtices u otros perfiles de velocidad distorsionantes. Sin embargo, la presencia de una segunda fase (aire o sólidos en el líquido) puede perturbar significativamente su ejecución.

 

Fig.: Error de medición E (línea continua) y pérdida de carga Ap (línea discontinua) con contadores PD.

 

 

La Figura anterior muestra la característica de funcionamiento típica de un contador PD. Para velocidades del fluido bajas, la resistencia por rozamiento en el caudalímetro es grande en comparación con la fuerza de impulsión. Parte del fluido puede quedar sin registrar al escurrirse por los intersticios entre las partes mecánicas. Estas pérdidas se denominan "deslizamientos de fluido" y también son habituales en algunos tipos de contadores de turbina. A medida que la velocidad del fluido aumenta, el error de medición se incrementa hasta un valor máximo y luego vuelve a disminuir. A velocidades del fluido altas, el error también aumenta por los efectos inerciales que se producen en el interior del cuerpo del caudalímetro. El uso prolongado a altas velocidades provoca el desgaste de los componentes y con ello mayores deslizamientos de fluido a través del caudalímetro. A continuación resumimos las características de este upo de contadores:

 

- La pérdida de carga aumenta con la velocidad del fluido y según el material de fabricación. En consecuencia, incluso la más insignificante de las imprecisiones de fabricación que afecten al interior de las cámaras de medición pueden originar una fuga perceptible durante el funcionamiento del caudalímetro.

- Las lecturas son en general más bajas de lo que deberían cuando la velocidad del caudal es o muy baja o muy alta.

 

La Figura siguiente muestra una familia típica de curvas de ejecución. Para un mismo caudal, al aumentar la viscosidad disminuyen las fugas de fluido y mejora la incertidumbre de la medición, mientras que la pérdida de carga aumenta. Debido a los efectos de la viscosidad, los contadores PD deberían calibrarse para unas condiciones de proceso cercanas a las de trabajo y con el fluido que se va a utilizar (por ejemplo, al medir sustancias de cierto valor económico, como algunos hidrocarburos).

 

Fig. : Efecto general de la viscosidad en el error de medición E (línea continua, en % de Q) y pérdida de carga Δp (línea discontinua) para contadores de tipo PD. a = Gasolina, b = Agua, c = Aceite ligero, d = Aceite medio de 20 cP, e = Aceite pesado de 100 cP, /= Aceite de 300 cP

 

Algunos tipos de contadores PD ofrecen exactitudes superiores a ±0,1 %, y en algunos casos proporcionan valores cercanos incluso a los conseguidos por un sistema de calibración. En el extremo opuesto de la escala, miles de modelos de bajo coste menos exactos se emplean por todo el mundo para el control rutinario de caudales de líquidos y gases.

 

Todos estos dispositivos se ven fácilmente afectados por la intrusión de cuerpos sólidos, que tienen tendencia a obturar los intersticios del caudalímetro. Si la intrusión de materia extraña constituye un problema recurrente (como es el caso cuando se efectúan con frecuencia trabajos de instalación), es aconsejable instalar un filtro de red fina corriente arriba del caudalímetro.

 

 

José Carlos Villajulca

Soy un apasionado Ingeniero Electrónico especializado en Control, Automatizacion e Instrumentacion Industrial. Experimentado en el desarrollo, ejecución y gestión de proyectos asi como en la Operacion de sistemas automaticos.

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