Caudalímetros electromagnéticos, una necesidad allí donde haya agua

Caudalímetros electromagnéticos, una necesidad allí donde haya agua

caudalímetros

 

El caudal es una de las medidas (junto al pH) más universales que existen. En cualquier lugar, sector y empresa podremos encontrar un caudalímetro que nos dé una medición del caudal de agua (o cualquier otro producto) que pase en un determinado momento.

Para esta medición de caudal, existen numerosas tecnologías disponibles: efecto coriolis, electromagnética, ultrasónica, vortex, etc. Sin embargo, la más habitual, por su sencillez y bajo coste, es la electromagnética. Los caudalímetros electromagnéticos o contadores magnéticos son óptimos para la medición de líquidos que sean conductores de la corriente eléctrica, como por ejemplo el agua potable y la residual. Son muy eficientes en aplicaciones en las que se requiere una baja pérdida de carga y un bajo mantenimiento de la  instalación.

 

 

 

Un poco de historia

Los caudalímetros electromagnéticos existen desde 1939. El fenómeno físico en el que esta técnica se basa se conoce, no obstante, 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. 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.

 

 

En un caudalímetro electromagnético, 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:

 

 

Diseño de un caudalímetro electromagnético

En términos físicos, es importante que el tubo de medición no amortigüe ni distorsione el campo magnético. Los materiales empleados con más frecuencia para las tuberías donde colocar estos caudalímetros son el acero inoxidable y el plástico (normalmente PVC).

 

 

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 físicas y químicas de resistencia del revestimiento al fluido. El PTFE (teflón) y la goma dura, 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 CC y 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 del proceso imponen el material de fabricación del electrodo, que puede ser de acero inoxidable, Hastelloy C o titanio.

Electrodo de referencia o tierra (d2) para unión equipotencial entre el caudalímetro y el fluido. En el caso que las tuberías fuesen de plástico, 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.

 

 

Las fuentes de interferencia típicas son:

•    El campo magnético terrestre.
•    Cargas eléctricas en la pared interior de la tubería.
•    Cargas eléctricas en el fluido.
•    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 adecuados para un amplio abanico de aplicaciones industriales de medición de caudales. En realidad, este principio de medición se emplea en todo el mundo.

 

 

Ventajas del caudalímetro electromagnético

• Principio de medición prácticamente independiente de la presión, densidad, temperatura y viscosidad.

• Se pueden medir incluso líquidos con sólidos en suspensión (lechadas de minerales o pulpa de celulosa).

• Rango muy amplio de diámetros nominales (DN 2 a 2400).

• Tubería de sección transversal libre y limpiezas CIP/SIP.

• Sin piezas móviles.

• Gastos mínimos de mantenimiento.

• Sin pérdidas de carga.

• Amplia escala de hasta 1000:1.

• Medidas de alta fiabilidad, reproducibilidad y estabilidad a largo plazo.

 

 

Caudalímetro ultrasónico portátil por tiempo de tránsito

Los caudalímetros ultrasónicos por tiempo de tránsito funcionan transmitiendo y recibiendo, alternativamente, un sonido modulado en frecuencia entre dos sondas, y midiendo el tiempo de tránsito recorrido del sonido para viajar entre ellas (este tiempo es diferente según el sentido en el que vayan:  a favor o en contra del flujo).

La diferencia que existe en este tiempo está directamente relacionado con la velocidad del líquido dentro de la tubería, y ésta, con el caudal.

 

 

Existen equipos fijos para trabajar por ultrasonidos debido a las condiciones de la instalación, o equipos portátiles, para medir puntualmente en uno o en varios puntos del proceso, el caudal que nos interese.

Todos los equipos están compuestos por un controlador y sondas (de inserción o externas) adecuadas a las dimensiones de los puntos de medición. Se han de utilizar siempre en tuberías llenas.

 

                                                                         

      Equipo Fijo S101F                                                                                                                         Portátil UMI840

 

 

Aplicación: medición de caudal en la contrucción de túneles

La medición de caudal en la construcción de túneles es una de las aplicaciones más comunes de los caudalímetros electromagnéticos, debido a que las aguas drenadas contienen lechadas altamente abrasivas de minerales, con sólidos en suspensión, mezclas de agua-arena, materiales de relleno o bien pastosas de sólidos granulados.

Para este tipo de aplicaciones con condiciones tan duras y extremas, no queda más remedio que emplear caudalímetros electromagnéticos. Gracias a sus características de robustez, amplia permisividad ante el paso de sustancias abrasivas o sólidos en suspensión, así como su amplio rango de diámetros y caudales, esta tecnología se convierte en la idónea para aplicaciones tan complicadas como la construcción de túneles o la minería.

 

 

En la construcción de túneles, es de vital importancia tener un control del caudal instantáneo, pero también poder contar con un totalizador que dé a conocer el caudal total acumulado.

Además, el caudal es una variable fundamental a la hora de realizar el estudio de la obra de construcción del túnel, ya que es un factor que puede cambiar en función de los imprevistos que se vayan encontrando en la excavación del propio túnel, como por ejemplo aguas subterráneas o un cambio en el material a excavar. En otros casos, se podría pasar de un caudal estimado bajo, a tener un caudal que se haya duplicado o triplicado.

Esto puede hacer que, en una obra de un túnel importante, nos encontremos con una instalación de caudalímetros superior a la de cualquier planta depuradora local. La elección de esta tecnología por las características comentadas, así como el coste tan competitivo (comparado con otras tecnologías), hace que sea el equipo adecuado para esta aplicación.

 

 

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