Tipos de caudalímetros industriales se agrupan según el principio físico que usan para inferir la tasa de flujo, y cada principio tiene un fluido, un presupuesto de pérdida de presión y una clase de precisión con la que encaja mejor. Elegir la tecnología equivocada para un fluido es uno de los errores de instrumentación más comunes (y caros) en una planta, por lo que la selección debe comenzar por el fluido, no por el catálogo.
Los caudalímetros de presión diferencial (DP) infieren el flujo estrechando la tubería y midiendo la caída de presión a través de la restricción. Debido a que la presión diferencial aumenta con el cuadrado de la velocidad de flujo, la señal de flujo es proporcional a la raíz cuadrada de la DP medida, lo que comprime el rango de medida a bajos caudales.
Ambos necesitan largos tramos rectos de tubería aguas arriba (la ISO 5167 exige hasta 30 diámetros de tubería o más dependiendo de la relación beta y los accesorios aguas arriba) para mantener el perfil de velocidad predecible. Funcionan bien con líquidos limpios, gases y vapor donde una pérdida de presión permanente moderada es aceptable y el fluido no obstruirá las líneas de toma.
Un caudalímetro Coriolis hace vibrar uno o dos tubos y mide la pequeña deflexión torsional que la fuerza de Coriolis induce cuando el fluido fluye a través de ellos. Esa deflexión es directamente proporcional al caudal másico, por lo que el medidor mide caudal másico y densidad sin necesidad de compensación separada de temperatura o presión. La precisión típica es del 0,1 al 0,5 por ciento de la lectura, siendo común el 0,1 por ciento en servicio líquido y disponible 0,05 por ciento en diseños premium de alta gama, entre las mejores de cualquier tecnología de flujo, por lo que los Coriolis son la opción predeterminada para transferencia de custodia y dosificación de fluidos de alto valor. Las compensaciones son mayor coste, tamaño y peso en diámetros mayores, y sensibilidad al gas arrastrado.
Los caudalímetros magnéticos (mag) aplican la ley de Faraday de la inducción electromagnética: un líquido conductor que se mueve a través de un campo magnético genera una tensión proporcional a su velocidad. No tienen obstrucción en la trayectoria del flujo, por lo que la pérdida de presión es despreciable, y manejan bien lodos y líquidos sucios. La pega es que el fluido debe ser eléctricamente conductor, típicamente al menos 5 microsiemens por centímetro para diseños estándar (algunos diseños especializados funcionan hasta aproximadamente 1 microsiemens por centímetro o menos). Por esta razón, los mag no pueden medir hidrocarburos, agua desionizada ni la mayoría de los gases.
Un caudalímetro de vórtice coloca un cuerpo obtuso en el flujo y cuenta la frecuencia de desprendimiento de los vórtices que se forman detrás de él. El número de Strouhal, la razón adimensional que vincula la frecuencia de desprendimiento con la velocidad, se mantiene esencialmente constante en un amplio rango de números de Reynolds para un cuerpo obtuso bien diseñado, lo que hace lineal la relación frecuencia‑velocidad. Por debajo de aproximadamente el número de Reynolds 10.000, el desprendimiento de vórtices se vuelve irregular y el medidor pierde linealidad, lo que fija el límite inferior de flujo. Los medidores de vórtice funcionan con líquidos, gases y vapor sin partes móviles que se desgasten, pero son inadecuados para caudales muy bajos o fluidos viscosos con número de Reynolds bajo.
Los caudalímetros ultrasónicos usan ondas sonoras en lugar de una obstrucción, lo que hace posibles versiones de sujeción externa sin cortar la tubería. Hay dos principios distintos y no son intercambiables:
| Tipo | Principio | Requisito del fluido |
|---|---|---|
| Tiempo de tránsito | Mide la diferencia en el tiempo de recorrido entre pulsos ultrasónicos aguas arriba y aguas abajo | Líquido o gas limpio y monofásico sin burbujas ni partículas significativas |
| Doppler | Mide el desplazamiento de frecuencia del sonido reflejado por partículas o burbujas | Requiere sólidos en suspensión o burbujas de gas que reflejen la señal; apto para lodos y aguas residuales |
Usar un medidor de tiempo de tránsito en un fluido sucio, o un medidor Doppler en uno limpio, es una aplicación incorrecta común que produce lecturas poco fiables independientemente de la calidad de la instalación. Ambos tipos están comúnmente disponibles como diseños no invasivos de sujeción externa (clamp-on). Los medidores ultrasónicos de sujeción externa también son una forma práctica de verificar puntualmente el caudal durante una investigación de cavitación sin abrir la línea.
Un caudalímetro de turbina utiliza la velocidad del fluido para hacer girar un rotor; la velocidad del rotor es proporcional al caudal volumétrico. En condiciones limpias y de baja viscosidad, los medidores de turbina alcanzan una precisión alrededor del 0,5 por ciento de la lectura. El rendimiento se degrada cuando la viscosidad supera aproximadamente 5 a 10 centistokes, ya que la fricción viscosa en los cojinetes del rotor rompe la simple relación velocidad‑flujo. El desgaste de los cojinetes por operación continua a alto caudal o por sólidos en suspensión aumenta gradualmente la fricción inicial, desplaza el factor de calibración y eleva el flujo mínimo medible, por lo que los medidores de turbina necesitan fluido limpio y un intervalo de mantenimiento real para mantener su precisión nominal.
Como lista de verificación inicial: use Coriolis para medición másica de alta precisión o transferencia de custodia; magnético para líquidos conductivos y lodos donde importe una pérdida de presión nula; vórtice para servicio general de vapor y gas sin partes móviles; ultrasónico de tiempo de tránsito para fluidos limpios donde se prefiera una instalación no invasiva de sujeción externa; ultrasónico Doppler para fluidos sucios o aireados; turbina para líquidos limpios de baja viscosidad que necesiten buena precisión a coste moderado; y DP (orificio o Venturi) donde el coste de instalación importe más que el rango de medida y se tolere una pérdida de presión permanente.
La precisión del flujo es solo la mitad del panorama. Un caudalímetro que deriva fuera de calibración, una placa de orificio erosionada o un mag ensuciado por recubrimiento son condiciones que silenciosamente le cuestan a una planta OEE mucho antes de que alguien lo note en una pantalla de control. Fabrico lee la condición de la máquina y el OEE directamente desde la línea y enrutará automáticamente una orden de trabajo en el momento en que se detecte una pérdida, captando modos de fallo que los sensores por sí solos no ven, construido y alojado en la UE con residencia de datos en la UE y certificaciones ISO 27001, 20000-1 y 9001. Solicita una demo de Fabrico.
Los caudalímetros de presión diferencial, Coriolis, magnéticos, de vórtice y ultrasónicos no tienen partes móviles en la corriente de flujo. Los medidores de turbina son la principal excepción, ya que dependen de un rotor giratorio.
No. Los caudalímetros magnéticos requieren un fluido conductor, típicamente al menos unos pocos microsiemens por centímetro, y la mayoría de los hidrocarburos no alcanzan ese umbral, por lo que los mag no pueden medirlos.
Una placa de orificio crea una restricción abrupta de la que el flujo no puede recuperarse suavemente, perdiendo aproximadamente el 50 al 80 por ciento de la presión diferencial de forma permanente. El cono convergente‑divergente gradual de un tubo Venturi permite que el flujo recupere la mayor parte de su presión, con solo alrededor del 10 al 20 por ciento perdido permanentemente.
Los caudalímetros Coriolis son la elección común para transferencia de custodia porque miden directamente el caudal másico, con una precisión típica del 0,1 al 0,5 por ciento de la lectura y sin necesidad de compensación separada de presión o temperatura.
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