¿Qué es un Caudalímetro ultrasónico?
Son medidores de caudal que utilizan vibraciones acústicas causadas por ondas ultrasónicas y tienen la característica de medición sin contacto con el objeto a medir.
Existen dos métodos: el método de diferencia de tiempo de propagación y el método Doppler. Caudalímetros ultrasónicos tienen una estructura simple sin pérdida de presión, ya que no hay obstrucciones en la tubería. Son menos propensos a averías, tienen un amplio rango medible, no se ven afectados por la densidad o viscosidad del fluido y tienen una gran precisión.
Los caudalímetros ultrasónicos también son dispositivos de sujeción, lo que significa que pueden montarse en el exterior de la tubería y pueden medir fluidos corrosivos sin corroer el sensor.
Usos de los Caudalímetros Ultrasónicos
Los caudalímetros ultrasónicos se utilizan para medir el caudal de gases, líquidos y sólidos que circulan por tuberías. Concretamente, se utilizan a menudo para controlar el caudal de fluidos en instalaciones de tratamiento de aguas y fábricas.
Entre los caudalímetros ultrasónicos, el método de diferencia de tiempo de propagación no puede garantizar la precisión de la medición si se mezclan sólidos o burbujas. Por ello, se utilizan para medir fluidos de gran pureza, por ejemplo, para controlar el caudal de productos químicos en plantas de semiconductores. Por otro lado, el método Doppler utiliza sustancias sólidas y burbujas en el fluido para medir el caudal, por lo que se utiliza para medir el caudal de fluidos en suspensión, por ejemplo, lodos y aguas residuales.
Los caudalímetros ultrasónicos, tanto del método del tiempo de propagación como del método Doppler, son dispositivos que se sujetan y se desprenden del exterior de la tubería y transmiten y reciben ondas ultrasónicas desde el exterior de la tubería. Esto significa que no hay obstrucciones en las tuberías, que la pérdida de presión es nula, que su sencilla construcción dificulta las averías y que no se ve afectado por la densidad ni la viscosidad del fluido. Además, al no ser necesario colocar sensores u otros componentes en el interior de las tuberías, también se pueden medir fluidos corrosivos sin provocar la corrosión de los componentes.
Principios de los Caudalímetros Ultrasónicos
Caudalímetros ultrasónicos disponibles como caudalímetros de tiempo de propagación y Doppler, cada uno con una configuración diferente.
1. Caudalímetros Ultrasónicos con Propagación Diferencial en el Tiempo
Los caudalímetros ultrasónicos de tiempo de propagación también se conocen como caudalímetros ultrasónicos de tiempo de tránsito. Actualmente, los caudalímetros ultrasónicos de tiempo de propagación son el tipo más común de caudalímetro ultrasónico. Los caudalímetros ultrasónicos de tiempo de propagación están configurados para transmitir y recibir ondas ultrasónicas diagonalmente a través del fluido desde aguas arriba hacia aguas abajo (dirección de avance) y viceversa (dirección inversa) con respecto al fluido en la tubería.
Si el fluido no está en movimiento, la velocidad a la que se propagan las ondas ultrasónicas cuando se transmiten en la dirección de avance es la misma que la velocidad a la que se propagan cuando se transmiten en la dirección inversa. Sin embargo, si el fluido está en movimiento, la velocidad de propagación de los ultrasonidos transmitidos en el sentido de avance es la velocidad más la velocidad del fluido.
En cambio, la velocidad de propagación de las ondas ultrasónicas transmitidas en sentido inverso es la velocidad de propagación menos la velocidad del fluido. En otras palabras, con los caudalímetros ultrasónicos diferenciales en el tiempo, la velocidad del fluido se calcula a partir de esta diferencia de velocidad, a partir de la cual se calcula el caudal.
Debido a esta estructura y principio, los caudalímetros ultrasónicos diferenciales en el tiempo tienen una gran precisión en la medición del caudal. Sin embargo, si hay sólidos o burbujas en el líquido, no se puede mantener la precisión de la medición y ésta no es posible.
2. Caudalímetros Ultrasónicos doppler
Los caudalímetros ultrasónicos Doppler utilizan el efecto Doppler. El efecto Doppler se caracteriza por el fenómeno por el cual el sonido de la sirena de una ambulancia se oye de forma diferente cuando se acerca y cuando se aleja. Este fenómeno se produce porque la longitud de onda aparente de las ondas sonoras cambia cuando la fuente del sonido se acerca y se aleja del observador.
Los caudalímetros ultrasónicos de tipo Doppler utilizan un transductor para irradiar ondas ultrasónicas en el fluido que circula por el interior de la tubería y aprovechan el fenómeno de reflexión de las ondas ultrasónicas por los granos y burbujas del fluido. Las ondas ultrasónicas se reciben entonces a una longitud de onda (frecuencia) desplazada por las reflexiones de los granos y burbujas. Como el cambio de frecuencia de las ondas ultrasónicas y la velocidad de flujo tienen una relación lineal, el caudal puede calcularse a partir de la velocidad de flujo.
Más Información sobre Caudalímetros Ultrasónicos
1. Cuestiones Relacionadas con las Burbujas de Aire en Caudalímetros Ultrasónicos con una Diferencia de Tiempo de Propagación
Cuando se miden caudales de gases y líquidos con un caudalímetros ultrasónicos de diferencia de tiempo, los valores medidos se ven afectados por la distribución de la velocidad del caudal en el sistema, por lo que debe rectificarse la corriente ascendente del caudalímetro. Especialmente cuando la velocidad de flujo del fluido es alta, es probable que se produzca cavitación aguas arriba del dispositivo de medición y en el sistema. Cuando se produce cavitación, es fácil que se generen o mezclen burbujas de aire en el fluido, que no pueden medirse con precisión con un caudalímetro ultrasónicos de diferencia de tiempo de propagación.
Una contramedida contra estas burbujas es la instalación de un depósito de separación gas-líquido aguas arriba del dispositivo. Sin embargo, esto requiere modificaciones en el equipo existente, y el coste es una desventaja. En los últimos años se han desarrollado caudalímetros ultrasónicos cuya función es medir el caudal anulando los datos del paso de burbujas de aire.
2. Ventajas de los Caudalímetros Ultrasónicos de Pinza
Los caudalímetros incluyen caudalímetros de desplazamiento positivo, caudalímetros de turbina y caudalímetros de celda de flujo, todos los cuales requieren la instalación de un componente sensor en la tubería para medir el caudal del fluido en la tubería. En las instalaciones nuevas, la ubicación del caudalímetro puede determinarse en la fase de diseño y pueden ultimarse las especificaciones.
Sin embargo, en el caso de las instalaciones existentes, hay muchos casos en los que es necesario modificar las tuberías y parar el equipo. Por ejemplo, para instalar un caudalímetro de presión diferencial o un caudalímetro de turbina en una instalación existente es necesario cortar las tuberías.
Sin embargo, la ventaja de los caudalímetros ultrasónicos de abrazadera es que no requieren obras en las tuberías y pueden instalarse fácilmente en instalaciones existentes.