Caudalimetros Magnéticos: principio de medición

12 Octubre 2010

 

Los caudalímetros electromagnéticos (contadores magnéticos) existen desde aproximadamente 1939. El clérigo e inventor suizo Padre Bonaventura Thürlemann (1909-1997) fue un pionero en el uso industrial de este principio de medición.

 

 

El fenómeno físico en el que esta técnica se basa se conoce, sin embargo, desde mucho antes. El físico inglés Michael Faraday (1791-1867) se percató de que al mover una barra metálica conductora de longitud (L) con velocidad (v) en el seno de un campo magnético (B), se induce una corriente eléctrica que genera entre los dos extremos de la barra una tensión (Ue) de algunos milivoltios (Fig. siguiente). Faraday también descubrió que la magnitud de la tensión inducida de este modo es directamente proporcional a la velocidad (v) de movimiento y a la intensidad (B) del campo magnético.

 

 

Ue: Tensión inducida

B: Intensidad del campo magnético

L: Longitud del conductor eléctrico (corresponde a la distancia entre los electrodos en el tubo de medición)

v: Velocidad de movimiento del conductor (corresponde a la velocidad del fluido en tubo de medición)

 

 

Fig. : Principio de inducción electromagnética según la formulación de M. Faraday

 

 

En un caudalímetro magnético (Fig. abajo), el fluido conductor que circula por el interior del tubo de medición corresponde a la barra metálica del experimento de Faraday. Dos bobinas situadas a ambos lados del tubo de medición generan un campo magnético de intensidad constante. Dos electrodos en la pared interior de la tubería detectan la tensión inducida por el fluido en movimiento al circular en el seno del campo magnético. El tubo de medición está eléctricamente aislado del fluido y del electrodo por un revestimiento no conductor (por ejemplo, goma, teflón, etc.).

 

Dado un campo magnético de intensidad constante (B), la ecuación anterior muestra que la tensión de medición inducida (Ue) es directamente proporcional a la velocidad del fluido (v). Por otra parte, la sección transversal de la tubería (A) es un parámetro conocido, de modo que el caudal volumétrico (Qv) se calcula directamente a partir de la expresión siguiente:

 

 

 

Fig. : Principio de medición electromagnética del caudal.

 

Fig.:  Diseño y construcción de un sensor electromagnético

 

 

Tubo de medición (a)

 

En términos físicos, es importante que el tubo de medición no amortigüe ni distorsione el campo magnético. Evidentemente, pues, no vamos a elegir tuberías electromagnéticas. Los materiales empleados con más frecuencia son el acero Inoxidable y el plástico.

 

 

Revestimiento (b)

 

El revestimiento es el aislante necesario entre los electrodos y el tubo de medición, que impide que la tensión inducida se descargue por la tubería. También es importante tener en cuenta las propiedades fl-sicasy químicas de resistencia del revestimiento al fluido.El poliuretano, la goma duray el PFA/PTFE (por ejemplo, teflón) están entre los materiales de uso más habitual.

 

 

Sistema de bobinas (c)

 

El campo magnético está generado por dos bobinas de hilo de cobre con núcleo magnético montadas fuera del tubo de medición. Los sistemas de excitación pueden ser indistintamente de CCy de CA.

 

 

Electrodos (d1-d3)

 

Además de los electrodos de medición habituales, algunos fabricantes ofrecen tipos de electrodos especiales:

 

- Electrodos de medición (d1) para la detección de tensión Inducida. Las condiciones de proceso imponen el material de fabricación del electrodo, que puede ser de acero inoxidable, hastelloy, tantalio o-platino/rhodio. Electrodos capacitivos.

 

- Electrodo de referencia o tierra (d2) para unión equipotencial entre el caudalímetro y el fluido. Para el mismo propósito se pueden instalar también discos (anillos) de toma de tierra independientes.

 

- Electrodo de detección de tubería vacía (d3) para detectar si el tubo de medición se halla vacío o parcialmente lleno. El transmisor dispara una alarma si el electrodo queda descubierto.

 

 

En la práctica, la señal detectada en los electrodos proviene de diversas fuentes de tensión que interfieren con la tensión inducida y que es necesario filtrar antes de su procesamiento. Las fuentes de interferencia típicas incluyen el campo magnético terrestre, cargas eléctricas en la pared interior de la tubería y en el fluido y de efectos galvánicos superficiales entre los electrodos y el fluido.

 

La ventaja principal de este principio de medición es que es insensible a la presión, la temperatura y la viscosidad. El perfil de velocidades del flujo tiene un efecto mínimo en el resultado de la medición. Estas propiedades hacen a los caudalímetros magnéticos extremadamente atractivos para un amplio abanico de aplicaciones industriales de medición de caudales. En realidad, este principio de medición se emplea en todo el mundo.

 

Fig. : Los caudalímetros magnéticos se fabrican en varios diámetros nominales, desde DN2 (1/12") hasta DN2.000 (80").

 

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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