Historia del caudalimetro

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Historia del caudalimetro

El medidor de flujo es un dispositivo de medición que no se menciona a diario, pero que es utilizado ampliamente y con regularidad por muchas personas en diferentes entornos. Es capaz de determinar la velocidad de flujo a la que el líquido es transportado a través de la tubería o el sistema, así como su velocidad.


Un ejemplo es su uso en los automóviles: dentro del sistema del motor, actúa como un sensor que mide la cantidad de aire aspirado por el motor y determina el flujo ideal de la mezcla aire-combustible necesaria para la combustión.


Además, gracias a su excelente rendimiento, es un instrumento indispensable en las grandes industrias que producen productos líquidos y permite la medición de cantidades muy precisas de sustancias para obtener la mezcla adecuada. Estas empresas necesitan tener un medidor de flujo en sus procesos de producción para determinar con precisión sus mediciones.


Este es un instrumento de medición que se utiliza en muchos campos diferentes, en casa, en la ingeniería, la medicina, la mecánica y la industria. Pero con el mismo objetivo de determinar la tasa de flujo del líquido transportado a través del sistema.

¿Qué es un medidor de flujo?

Un medidor de flujo es otro dispositivo en el mundo de la medición. Es muy posible encontrarlo con un nombre diferente, por ejemplo un medidor de flujo. Como el término sugiere, permite determinar la tasa o el flujo de un líquido.
Su estructura está diseñada para medir el volumen de líquido utilizado en un proceso en un sistema, dispositivo o instrumento para determinar el costo de la masa.

Para medirlo, el medidor de flujo debe colocarse linealmente en el sistema o tubería por la que pasa el líquido. Es necesario conocer la tasa de flujo y obtener una medición rápida y precisa.

¿Quién inventó el medidor de flujo?

El medidor de flujo nació gracias a la investigación del gran físico Giovanni Battista Venturi, un sacerdote italiano nacido en 1746, que fue profesor de física, filosofía y geometría e ingeniero de estado, entre otros.

Su interés en la física lo llevó a establecer contacto con científicos de su época, como Jean Baptiste Biot, Pierre-Simon Laplace, con el fin de obtener más conocimientos en este campo, entre otros.

Se dedicó a investigar la mecánica de los fluidos, creando el tubo Venturi y publicando su tratado llamado el Efecto Venturi, que explica el movimiento de los fluidos a través de un flujo irregular.

¿Cuándo se inventó el medidor de flujo?

Aunque no es posible determinar la fecha exacta de la invención del primer caudalímetro o tubo Venturi, se puede concluir que su invención debe haber coincidido con la publicación de la sección Venturi en 1797.
Esto muestra que el primer flujómetro fue creado a finales del siglo XVII.

¿Historia del medidor de flujo?

Como se puede ver a primera vista, el nombre del medidor de flujo se deriva de la tasa de flujo, que es la relación entre el volumen y el tiempo necesario para que un líquido fluya a través de una sección de la tubería. Pero aparte del nombre, ¿cómo se creó el medidor de flujo?

Todo gracias a la curiosidad y la investigación de Giovanni Venturi, quien, basándose en la investigación de Herschel, hizo grandes descubrimientos sobre el movimiento de los líquidos y creó un instrumento que podría ser identificado como el primer medidor de flujo, el "tubo de Venturi".

Venturi diseñó este instrumento cónico básicamente para calcular la velocidad del movimiento del líquido, pero también logró medir el flujo del líquido usando el Teorema de Bernoulli.


Al pasar el líquido a través del tubo, pudo distinguir la presión ejercida sobre el líquido en ambas áreas del instrumento de las áreas más amplias y estrechas (efecto Venturi). Cabe mencionar, sin embargo, que no fue sino hasta 1888 que el primer modelo comercial del tubo venturi fue patentado por Clemens Herschel.

Para el próximo siglo, especialmente en 1926, se creó el diseño del medidor de flujo Venturi, y las aplicaciones y modificaciones de los medidores de flujo están aumentando.

Gracias a esta investigación y, por supuesto, a los nuevos avances en el desarrollo de instrumentos de medición, el caudalímetro es ahora conocido como un instrumento extremadamente importante en muchas áreas de la vida cotidiana.

Partes del medidor de flujo

Hay diferentes tipos de medidores de flujo, pero en todos ellos se pueden encontrar partes comunes para la medición del flujo. En general, se dividen en dos:

Caudalímetros mecánicos para molinos

Alas que se mueven con la circulación del fluido. El molino que es responsable del movimiento del medidor que expresa la medición del flujo.


Medidores electrónicos de flujo

Las hojas están dispuestas transversalmente al flujo del líquido. Molino o impulsor impulsado por el flujo. Imanes que generan un campo magnético.

Dependiendo del tipo de medidor de flujo utilizado, tiene diferentes partes, como válvulas, electroimanes, electrodos

¿Cómo funciona un medidor de flujo?

Teniendo en cuenta el efecto Venturi, los caudalímetros funcionan en base al comportamiento de un fluido que, al moverse dentro de una tubería cerrada, reduce su presión aumentando la velocidad al fluir por un área reducida.

Se han producido varios modelos de flujómetros basados en este efecto. Los rotámetros, en los que el fluido flota en una bola que indica el aumento de la velocidad de flujo.

Hay otros que trabajan con turbinas impulsadas por el flujo y generan un campo magnético detectado por un sensor.

Los tipos de molinos de viento suman las lecturas causadas por el movimiento de rotación de las palas provocado por el flujo de líquido. A diferencia de un medidor de flujo electrónico, los imanes en los extremos de las palas, que se mueven con el flujo del líquido, generan un campo magnético que puede ser leído por un sensor.

Con varios sistemas basados en el movimiento de los líquidos, es posible obtener mediciones con los flujómetros que son cada vez más precisos con las nuevas tecnologías.

¿Cómo se usa un flujómetro?


El uso de un medidor de flujo depende de la zona en la que se utilice, pero en general, para ser utilizado correctamente, este dispositivo de medición debe ser lineal con la tubería o línea a través de la cual fluye el líquido a medir.

Flujómetros para el sector médico


Esto permite diseñar sistemas más complejos para abastecer un sistema determinado con, entre otras cosas, aditivos, mezclas e inyecciones de gas.

Tipos de caudalímetros


Hay muchos tipos de flujómetros, algunos mecánicos, otros electrónicos e incluso magnéticos, todos los cuales son capaces de ser utilizados en casa o en la industria dependiendo de la aplicación que se les dé. En última instancia, la elección dependerá de lo que mejor se adapte a la tarea en cuestión. Podemos encontrar:

Venturi o presión diferencial


Uno de los tipos de medidores de flujo más utilizados. Reduce el diámetro del tubo y luego lo devuelve a su diámetro original. A medida que el fluido viaja la distancia reducida en la tubería, la presión de salida disminuye.

La presión antes de la entrada y en la salida es medida por el caudalímetro de forma mecánica o electrónica, cuanto mayor sea la diferencia de presión, mayor será el flujo.

Aunque hay variaciones, todas ellas dependen de los valores de presión antes y después de entrar en la sección reducida. Un ejemplo de esto son las computadoras de los motores de los automóviles, que determinan la cantidad de aire que entra en el motor cuando se busca la mezcla óptima de aire y combustible.

La electricidad de la turbina


Consiste en una turbina situada en la parte delantera del flujo de líquido y encapsulada en las paredes de la tubería, que también rompe el flujo. Consisten en una composición de resina y polvo de álnico para generar el campo magnético codificado por un sensor de conmutación de efecto Hall.

Mecánico de molino


Este tipo de medidor de flujo consiste en un molino con palas dispuestas en ángulo recto con la circulación del líquido. Cuando este líquido fluye a través del caudalímetro, hace que el molino gire, el eje mueve un contador que indica la velocidad de flujo.

Estos flujómetros están generalmente destinados al uso doméstico. Un ejemplo son los medidores de agua o los medidores de gas natural en los apartamentos.

Rotador

Es un tubo cónico transparente con su punto más estrecho en la base donde se coloca un flotador. El tubo tiene marcas que indican la velocidad de flujo para la medición.

Se puede medir observando que cuanto mayor es la tasa de flujo, mayor es el aumento del flotador. Este flujómetro también se llama mecánica visual.

Hay diferencias dependiendo del material del cono: plástico, vidrio y metal. Este último se utiliza con un acoplamiento magnético, que está equipado con una caja indicadora que se utiliza normalmente para medir los suministros de gas, como el oxígeno, en los hospitales.

También existe otro tipo de este modelo, que mide la capacidad pulmonar del paciente recogiendo la exhalación a través de un adaptador insertado en la boca.

Electromagnética


Este modelo es volumétrico, no tiene partes móviles y es ideal para su uso en aguas residuales u otros líquidos sucios que pueden conducir electricidad o son a base de agua. Este tipo de flujómetro no funcionará con hidrocarburos, agua destilada o soluciones no acuosas. Operan sobre la base de la ley de Faraday que establece esto:

"El voltaje inducido en cualquier conductor al viajar en ángulo recto a través de un campo electromagnético es proporcional a la velocidad de ese conductor.

Flujómetro electromagnético en línea


Mezclan muy bien su inmunidad a las interferencias con tubos detectores de cerámica de alúmina de alta pureza, lo que permite mediciones muy precisas del flujo de líquido. Se puede utilizar con productos abrasivos, químicos, alimentos y sólidos para realizar mediciones precisas.


Los rayos gamma son energía destructiva que se crea y continúa en el mismo estado...

Caudalímetro de inserción electromagnética


Este modelo genera una salida de corriente aislada y una frecuencia aislada. Es perfecto para determinar las corrientes más exigentes en términos de medición. Normalmente tiene una pantalla para mostrar la tasa de flujo, es el estado del arte gracias al sensor que tiene que realizar los cálculos.

Flujómetro electromagnético en línea


Estos flujómetros están hechos de materiales altamente resistentes a la corrosión, utilizados principalmente en la industria química, y ofrecen un alto grado de fiabilidad además de un mantenimiento mínimo.

Ultrasonido

Este tipo de flujómetro es eléctrico, está disponible en dos versiones según el principio de medición en el que se basa, puede estar en el efecto Doppler y en el tiempo de tránsito.

El efecto Doppler es muy útil porque da una muy buena señal cuando los líquidos tienen impurezas. Su principio de funcionamiento se basa en el cambio de frecuencia de la señal reflejada por un elemento cuando se mueve en el líquido.

El tiempo de tránsito, mide la diferencia de tiempo que dos señales diferentes utilizan para cruzar una distancia con el líquido como medio. Cuando el caudal es cero, los tiempos son iguales, pero cuando los tiempos varían porque las señales se ven afectadas por la velocidad del líquido, determinan el caudal.

Los tiempos de tránsito son más precisos que los tiempos del efecto Doppler, pero se necesita un fluido sin impurezas, de lo contrario sus mediciones no serán precisas.

V - Cono

Desarrollado a partir del teorema de conservación de la energía de un flujo de fluido a través de una tubería. Son instrumentos de medición de alta precisión y pueden utilizarse para un gran número de líquidos diferentes. Su construcción consiste en un cono central dentro del tubo.

Su funcionamiento se basa en la interacción del cono con el flujo de fluido, cambiando su perfil de velocidad para producir una menor presión en el momento bajo del cono. La diferencia entre la línea de fondo generada en la parte inferior del cono y la presión estática se mide con dos sensores piezoeléctricos.

Para calcular la tasa de flujo, el cambio de presión obtenido se aplica en una derivada de la ecuación de Bernoulli.

Independientemente de la condición de flujo en la parte superior del medidor de flujo, esto ha asegurado mediciones de flujo muy precisas y fiables gracias a la posición centrada del cono en la tubería, optimizando la velocidad del líquido.

La diferencia de temperatura

Dos termistores, incluyendo un elemento calefactor, se colocan en estos flujómetros. Si ambos termistores registran la misma temperatura, significa que el líquido en el tubo no se mueve.

Cuando hay un flujo de líquido, el primer termistor registra la temperatura inicial, mientras que el segundo registra el líquido calentado. Esto da la tasa de flujo y la dirección de la circulación.

La gran ventaja de este flujómetro es que, además de conocer la velocidad de flujo, también se conoce la masa del líquido que fluye por la tubería. La medición no se ve afectada por las fluctuaciones de presión.

Desplazamiento positivo

Este modelo de flujómetro funciona aislando el líquido en fracciones que llenan un recipiente en movimiento. Por lo tanto, cada porción individual se cuenta cuando se determina la tasa de flujo. Existen varias variantes para este tipo de sistema, siendo las más comunes los sistemas de engranajes y pistones.

Cambio de marcha positivo

Consiste en dos ruedas dentadas que forman un sello perfecto, con el líquido fluyendo a través de los engranajes y forzándolos a girar. Este movimiento se mide electrónica o mecánicamente, dependiendo del flujómetro.

Cada rueda dentada tiene un imán permanente que envía la información a la parte electrónica del sistema.

Desplazamiento positivo de los pistones

Su funcionamiento depende del líquido que fluye por el puerto A, por lo que el pistón comienza a moverse a medida que llena la cámara C. El líquido ahora continúa entrando en la cámara de relleno B y el pistón es forzado a girar hasta que el líquido fluye de la cámara C al puerto D.

Cuando se inicia el siguiente ciclo, el líquido de los puertos de entrada y salida A y D es aislado por una barrera, la vibración del pistón magnetizado forma un circuito, y el flujómetro mide estas vibraciones para proporcionar los datos deseados.

Vórtice

Cuando hablamos de este modelo de caudalímetros, debemos saber que se basan en el principio de la generación de vórtices. Cuando un cuerpo pasa a través del fluido, crea vórtices aguas abajo del medidor de flujo.

Estos a su vez crean diferencias de presión al alternar de lado a lado, que se derivan de un cristal piezoeléctrico.

La velocidad del flujo es igual a la frecuencia con la que se crean los vórtices, por lo que se obtienen las lecturas. El tipo de vórtice mide la tasa de flujo con mucha precisión y requiere muy poco mantenimiento para su correcto funcionamiento.

Hay muchos tipos y modelos de caudalímetros que muestran que no hay una forma exacta de medir la tasa de flujo o el flujo másico. En última instancia, hay varias consideraciones para el uso correcto, como la presión, la viscosidad, la densidad o la temperatura del líquido a medir, pero la elección correcta depende de la aplicación a la que se destina el caudalímetro.

Significado del medidor de flujo

Los medidores de flujo se han convertido en uno de los instrumentos de medición más utilizados, en casa en los reguladores de agua, en los reguladores de gas, en los vehículos para determinar la cantidad correcta de aire y combustible.

También en hospitales en diversos dispositivos para determinar el flujo de oxígeno o de sustancias por inyección intravenosa, en industrias de todo tipo, todos los cuales necesitan su uso para regular o calcular el flujo de un líquido.

Probando la medición del flujo en un coche

Hay diferentes medidores de flujo, dependiendo del uso que se le dé, desde el de un calentador de agua, al de un bypass que mide la cantidad de sangre, hasta el que mide la cantidad de vapor bajo presión en una central nuclear (Si quieres saber cómo se mide la energía, puedes visitar nuestro artículo). Cada uno de estos casos requiere un flujómetro con características específicas y precisión.

Mantenimiento de un caudalímetro

Aunque hay tantos tipos de caudalímetros con diferentes modelos y usos muy diferentes, todos ellos requieren mantenimiento para asegurar su funcionalidad y precisión.

Algunos requieren muy poco mantenimiento porque son piezas únicas o bastante sencillas, mientras que otros requieren un mantenimiento constante porque tienen piezas móviles o sensores en su interior que pueden perder la calibración.

Si un flujómetro no se mantiene adecuadamente, sus mediciones serán inexactas, lo que puede provocar fallos en el equipo, productos que no cumplan con la calidad de consumo, o incluso la muerte de un paciente.

En las empresas alimentarias que utilizan productos químicos en su producción, se requiere una medición precisa para determinar la composición perfecta. Si el medidor de flujo falla, la mezcla se ve comprometida, y en los vehículos el motor no tiene la mezcla correcta de combustible y aire, lo que resulta en un menor rendimiento del motor.

Para evitar uno de estos casos, dependiendo del tipo de caudalímetro, puede ser necesario el mantenimiento de la unidad.

Resulta ser un instrumento de medición muy importante para todas las aplicaciones que tiene. Sin ser conscientes de que está en nuestros hogares, la comida que consumimos, la forma en que se prepara, nuestros medios de transporte y más. Cada día están evolucionando, con nuevos modelos más precisos y fáciles de usar para facilitar las mediciones y asegurar la calidad.