Caudalímetros de sección variable: rotametros, sencillos pero confiables

20 Septiembre 2010

 

Principio de medición

 

Un caudalímetro de sección variable es un instrumento relativamente simple y eficaz para la medición de caudales de gases y fluidos. El dispositivo consiste en un tubo vertical graduado hacia arriba en cuyo interior hay un flotador de vidrio o metal en suspensión en él fluido, que entra desde abajo. La fuerza que ejerce el fluido sobre el flotador depende de la densidad, la viscosidad y la velocidad del fluido.

 

 

Modelos Industriales de flujometros de area variable

 

Cuanto mayor es la velocidad del caudal y, por lo tanto, la fuerza que desarrolla, más alto flotará el flotador en el interior del tubo graduado. El espacio que queda entre el flotador y la pared del tubo se ensancha a medida que el flotador se mueve hacia arriba, hasta que las fuerzas que actúan sobre el flotador se equilibran y el flotador permanece suspendido a una altura constante (Fig. siguiente).

 

 

 

Fig.: Principio de medición de los caudalímetros de sección variable.

 

 

El caudal volumétrico (Qv) se calcula a partir de la expresión siguiente:

 

 

Al introducir el coeficiente de flujo

 

, la expresión para el caudal Qv queda finalmente:

 

 

Los caudalímetros de sección variable obedecen al mismo fenómeno físico que los caudalímetros de presión diferencial. Sin embargo, los principios de medición en que se basan ambos üpos de contadores son opuestos. En los contadores de presión diferencial el área es constante y una variación en la presión diferencial indica una variación en la velocidad del caudal. En los contadores de sección variable, por el contrario, la presión diferencial que experimenta en flotador es constante y una variación en la sección transversal (la posición del flotador dentro del tubo) indica un cambio en la velocidad del fluido.

 

Si el tubo es de vidrio, cumple en sí mismo la función de mirilla y permite leer el caudal directamente. Siempre y cuando, por supuesto, el fluido sea transparente, pues en caso contrario el flotador no es visible.

 

Si el tubo es metálico, la posición del flotador puede ser transmitida por medios magnéticos a una escala en el exterior del tubo o bien detectada por inducción magnética y convertida en señal eléctrica.

 

Algunos caudalímetros de sección variable también incorporan conmutadores de nivel integrados o salida analógica para conexión a un indicador de caudal. Además de los contadores de tubo de vidrio graduado habituales en multitud de aplicaciones, todos los tipo de unidades se pueden encontrar también en materiales altamente resistentes para  condicio-nes de proceso duras. El abanico convencional de materiales para el tubo de medición (y del revestimiento interior) incluyen acero, acero inoxidable, plástico (PP, PTFE), vidrio y goma dura. Los contadores de sección variable de alto nivel van equipados con micropro-cesadores y pueden manejarse desde indicadores / teclados especiales.

 

 

Modelos de flotador

 

El flotador ha de mantenerse correctamente centrado en el tubo de medición, en caso contrario el caudalímetro no dará una lectura correcta. Con este propósito, en el interior del tubo existen unas guías, o bien la cabeza del flotador está estriada de tal modo que la circulación del fluido le obliga a girar para mantener su estabilidad inherente. Por este motivo, este tipo de caudalímetro también se conoce con el nombre de Rotameter. Los múltiples modelos de flotador y formas de los tubos de medición permiten adaptar el campo de valores de medida a las diversas condiciones de proceso (Fig. abajo):

 

- Se puede elegir un modelo y una forma específicos de flotador que tenga en cuenta los efectos de la viscosidad del fluido en la lectura. Se dispone de una amplia variedad de materiales para el flotador, pues la densidad de este componente permite determinar el campo de valores de medida del sistema: acero inoxidable, tantalio, vidrio, zafiro sintético, plástico (PE, PTFE, goma dura, PVC), metal monel y níquel, además de aleaciones especiales.

 

- La sonda de toma de presión en el tubo de medición linealiza el movimiento del flotador. El escalado depende del tipo de fluido y de los datos del proceso, por lo que dicha información se muestra en la escala. Si las condiciones de trabajo del caudalímetro cambian, dentro de unos límites es posible volver a ajustar o calcular la escala para que se adapte a la nueva situación.

 

 

Fig.:  Modelos de flotador

a  = Flotador giratorio (de lectura directa y como indicador en tubos de vidrio). Las estrías en ángulo causan el giro, b = Flotador insensible a la viscosidad, c  = Rotador diseñado para ampliar el campo de valores de medida en un +30% (pero sensible a los

efectos de la viscosidad).

 

 

Ventajas e inconvenientes

 

Ventajas:

Para aplicaciones de líquidos, gases o vapor.

- Método de medición del caudal de bajo coste por su diseño simple.

- No requiere fuente de alimentación.

- Los dispositivos con mirilla permiten una supervisión a pie de instalación, fácil y fiable del proceso y del caudal.

- Pérdidas de carga bajas.

 

Inconvenientes:

- La exactitud de la medición depende de las condiciones de proceso y de las propiedades del fluido.

- Requiere calibración específica para cada fluido.

- Campo reducido limitado (máx. 10:1).

- Sensible a la intrusión de materiales; no adecuado para líquidos que transporten sólidos. a Sólo apto para fluidos de baja densidad.

- No dispone de función de totalización.

- El caudalímetro ha de instalarse en una tubería vertical (circulación de abajo arriba), en otro caso podría no funcionar correctamente.

 

 

Aplicaciones

 

Por su bajo coste, los dispositivos de sección variable se hallan entre los tipos de caudalímetros más frecuentemente empleados en la industria, por ejemplo, como simples controladores de caudal. Los más populares son los diseños simples con tubo de vidrio ahusado y escala directamente legible (mirilla). Estos contadores tienen un precio ajustado, constituyen un modo simple de indicar la velocidad del caudal, y presentan la ventaja añadida de no. necesitar alimentación eléctrica. El principio es completamente adecuado para medir caudales de volumen mínimos. No hay modelos de este tipo disponibles para tamaños de tubería por encima de los 250 mm (10").

 

 

Control de caudal:

 

Cuando van equipados con conmutadores de límite de nivel, los contadores de sección variable se consideran como "controladores de caudal" fáciles de instalar, adecuados para casi cualquier ámbito. A menudo, este tipo de contadores demuestra ser una de las pocas soluciones para aplicaciones de poco caudal.

 

 

Control manual del caudal:

 

En muchos casos, los caudalímetros de sección variable presentan otra ventaja fundamental. La válvula manual integrada en su base permite controlar manualmente el caudal (Fig. abajo). Este es el modo más rendible de controlar procesos en aplicaciones sencillas no automatizadas.

 

 

Indicación del caudal:

 

Los contadores con indicador local (mirillas) están bien equipados paía observar y ajustar el caudal en un sistema de un vistazo. Los contadores de área variable a menudo no necesitan alimentación eléctrica y se suelen emplear en plantas químicas, instalados por ejemplo junto con otros contadores y equipos de instrumentación electrónicos más sofisticados, como control de emergencia en caso de fallos en el suministro eléctrico. Y en muchas plantas de suministro de agua, las sustancias químicas se añaden a partir de las lecturas visuales tomadas en simples caudalímetros de sección variable.

 

 

Fig.:  Caudalímetros de sección variable para control de proceso (control de caudal).

 

José Carlos Villajulca

Soy un apasionado ingeniero especializado en Control, Automatizacion e Instrumentación Industrial. Con mas 8 años de experiencia desarrollando proyectos y manteniendo sistemas de control en diversas plantas industriales. Soy director y webmaster de InstrumentacionyControl.NET y de MyAutomationClass.com. Cualquier consulta o comentario lo puedes hacer en la parte de abajo y escribiendo a mi email.

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