Algunos principios de medición de flujo de fluidos son tan antiguos como las culturas egipcias o greco-romanas; al arquitecto romano Marcus Vitruvius Pollio se le atribuye el diseño de un “tornillo de desagüe” que mucho se parece al diseño de las turbinas helicoidales usadas en la industria petrolera de la actualidad. La teoría en la que se fundamentan los medidores por el principio de presión diferencial fueron desarrollados por Daniel Bernoulli hace casi 300 años. La aceleración de Coriolis, en la que se basa el principio de medición de los medidores de flujo másico fue descubierta desde 1836 por el francés Gaspard-Gustave Coriolis.

Fue a partir de la segunda guerra mundial y en particular por la irrupción de las industrias aeronáuticas y aeroespaciales cuando se potenciaron los desarrollos de diversas tecnologías de medición; por ejemplo: a partir de 1930 se empezaron a comercializar las turbinas con sensores de tipo electromagnético para medir el consumo de combustible (líquido o gas) en aeronaves.

En la actualidad, se usan principalmente, los siguientes principios para medir flujo de gas (cantidad o caudal) en conductos cerrados:

  • Presión diferencial, g1: placas de orificio, toberas, tubos Venturi, Cono en V)
  • Presión diferencial, g2: tubo Pitot, tubo Annubar
  • Desplazamiento positivo: diafragmas, rotativos, de cámara húmeda, etc.
  • Turbina
  • Generador de vórtices
  • Ultrasonido
  • Coriolis
  • Térmicos: anemómetro de hilo caliente

La selección del tipo de medidor depende, principalmente, de los siguientes aspectos: propósito, exactitud requerida, propiedades del fluido, condiciones de instalación, condiciones de entorno (por ejemplo: vibraciones, electromagnetismo). El proceso de selección de un medidor de flujo de fluidos está ampliamente documentado en la norma británica BS7405.

Tradicionalmente, la comercialización de los fluidos gaseosos se realiza en modo volumétrico y se refiere a la determinación de la cantidad (en mL, L o m³) de fluido que pasa a través del medidor en un periodo determinado. La cantidad (volumen) del fluido puede ser medida en forma directa; por ejemplo, usando equipos del tipo de desplazamiento positivo (diafragmas, rotativos, de tornillo, de cámara húmeda, etc.), o bien puede determinarse a partir de la integración de la señal de flujo en el periodo de interés con el empleo de tecnologías que no son de desplazamiento positivo. Hoy en día, esta integración puede resolverse usando dispositivos elctrónicos programables para resolver el cálculo de volumen a partir de las señales de caudal:

    

Normalmente, en los procesos de transferencia de custodia de gases, el tamaño de los intervalos de tiempo ∆ti puede ser del orden de 1 s o menos.

La gran disponibilidad, variedad y uso conjunto de sistemas electrónicos permite que equipos que miden la velocidad de circulación del fluido (por ejemplo medidores tipo turbina, ultrasónicos, de presión diferencial, de vórtices, térmicos, etc.) puedan ser usados para determinar el volumen de gas que fluye a través de algún sistema de medición o de calibración por lo que los sistemas de determinación de volumen de gas (medidores de desplazamiento positivo) pueden actualmente ser reemplazados por medidores de otras tecnologías.

   

Fig. a) Diseño de un medidor de flujo de gas de desplazamiento positivo con impulsores duales.

      

Fig. b) Vista de la sección de entrada de un medidor de flujo de gas tipo turbina.

 

Mayor información:

Roberto Arias Romero

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Dirección de Flujo y Volumen

Ignacio Hernández Gutiérrez

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Dirección General de Metrología Mecánica