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5.- Sensores de caudal

Caso práctico

Adrian: ¿Sería posible saber la producción  energética de una caldera o de unos paneles termosolares sabiendo el caudal?.

Tamara: Si, se necesita saber el caudal, el calor específico y la diferencia de temperaturas entre la entrada y la salida. Existen aparatos que lo calculan, midiendo el caudal y las temperaturas, a través de sondas Pt100.

Los fluidos (líquidos o gaseosos) están presentes en la mayoría de procesos industriales, ya sea porque intervienen de forma directa en el proceso de producción o porque pertenecen a los circuitos secundarios necesarios.

Hay dos tipos de caudalímetros según se desee medir el volumen o la masa del fluido:

  • Caudalímetros volumétricos: miden el volumen (litros, cm3, m3, etc.) por unidad de tiempo (segundos, minutos, horas, etc.).
  • Caudalímetros másicos: miden el peso (kg, toneladas, etc.) por unidad de tiempo.

De todos modos si se trata de medir un fluido no compresible, los dos tipos de caudalímetros pueden servir para la misma aplicación.

Cuando un mismo aparato de medida se puede incorporar a diferentes tamaños de tubería puede sorprender que los caudales se den en unidades de velocidad, pero esto es normal (para saber el caudal basta multiplicar la velocidad del fluido por la sección de la tubería).

Para medidores de caudal volumétrico los principales sistemas son presión diferencial, área variable, velocidad, tensión inducida, desplazamiento positivo, vórtice y ultrasonidos.

Para los másicos se debe destacar el sistema térmico y el sistema basado en la fuerza de Coriolis.

PRESIÓN DIFERENCIAL

La fórmula del caudal para este tipo de caudalímetro se deduce de la aplicación del teorema de Bernouilli. Este teorema relaciona la energía cinética, la potencial y la presión de un fluido en diferentes puntos de la vena fluida. Mediante la interposición de un diafragma, una tobera, un tubo venturi, un tubo Pitot o un tubo Annubar, se puede relacionar el cambio de velocidad y presión que experimenta el fluido con el caudal, siempre y cuando esté bien determinada la geometría. De la aplicación de dicho teorema se deduce que para un fluido ideal incompresible, el caudal es proporcional a la raíz cuadrada de la presión diferencial (incremento o decremento de presión).

Imagen que muestra el principio de bernoulli
Licencia: CC BY-NC-SA

TURBINAS

Se basan en un rotor que gira a una velocidad proporcional al caudal del fluido que pasa. Para obtener la velocidad de giro del rotor se pueden utilizar varias técnicas. Una de ellas consiste en la variación de reluctancia que experimenta un circuito magnético exterior al paso de cada una de las palas del rotor. Otra consiste en captar el campo magnético giratorio que produce un imán permanente situado en el rotor.

Imagen de una turbina
Licencia: CC BY-NC-SA

ULTRASONIDOS

Se basan en la velocidad de transmisión del sonido en el fluido que varía al cambiar la velocidad del fluido. Existen varios métodos:

Medición por ultrasonidos
Licencia: CC BY-NC-SA


Ejercicio Resuelto

Se desea calcular la potencia de una caldera de calefacción, sabiendo que genera un caudal de 30 litros por minuto, con una temperatura de entrada de 40ºC y una salida de 70ºC.

El calor específico del agua es Ce= 1Kcal/L.ºC.