sensores cercanos

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Contadores mecánicos con emisores de pulsos

Contando las veces que se cierra el interruptor podemos totalizar el volumen de agua que ha circulado durante un periodo de tiempo determinado, por esta razón se les llama contadores de agua o cuenta litros.

En regadíos se utilizan principalmente como elemento de tarificación, aunque últimamente se están utilizando mucho como elemento de control del riego a nivel de parcela.

Consisten en una serie de engranajes que terminan en una turbina que se interpone al flujo de agua, es la cámara de medida. El agua hace girar la turbina de forma proporcional a la velocidad (y por tanto, a la cantidad de agua que pasa). El giro de la turbina mueve los engranajes y transmisiones magnéticas que actúan sobre los tambores numéricos. Los números van rotando y marcando qué volumen ha pasado por el contador hasta ese momento, es un totalizador.

Diferenciando por un lado la cámara de medida y por otro el totalizador, nos encontramos con diferentes tipos de tecnologías de medida y tipologías de contador, que son necesarias conocer para ver si se adaptan a nuestro perfil de caudal y calidad del agua. En estos sensores, tanto la cámara de medida como el totalizador se basan en componentes móviles mecánicos, por lo que con el tiempo acaban perdiendo su precisión, por lo que su vida útil es limitada y es necesario renovarlos cada cierto tiempo.

Las principales tecnologías empleadas son de velocidad y volumétricos.

Contadores de velocidad

El principio de funcionamiento se basa en el aprovechamiento de la energía cinética del agua de la cual una pequeña parte es utilizada para mover una turbina. El totalizador de consumo normalmente este acoplado magnéticamente a la turbina. Cada vuelta de la turbina es transmitida magnéticamente a los engranajes del totalizador que se moverá en función de la resolución del contador.

Fig: Partes de un contador de velocidad →

Dentro de los contadores de velocidad se pueden distinguir:

a) Chorro Único

Estos contadores utilizan un orificio para crear un chorro de agua único que incide tangencialmente sobre la turbina y la hace rotar (el flujo incide sobre un único punto de la periferia de la turbina). La velocidad de giro depende de la velocidad de impacto del chorro de agua (caudal circulante). Estos giros son registrados por la cámara de registro gracias a una serie de engranajes. El cuerpo que aloja la turbina suele ser de latón o bronce, en ocasiones, material de plástico de alta calidad y la turbina se realiza en un plástico especial resistente.

En la agricultura solo se suele utiliza el calibre DN15 para el riego de precisión en tuberías portagoteros, aunque en el mercado podemos encontrarlos hasta el calibre DN150.

En principio, estos contadores están pensados para funcionar en posición horizontal, con el eje totalmente vertical. Cualquier otro tipo de instalación afecta negativamente a su curva de error.

Si hacemos trabajar al contador alrededor del régimen nominal, la curva de error no se verá afectada mucho si su instalación no es horizontal. Sin embargo, si disminuirá la vida útil del mismo al apoyar la turbina sobre el eje de manera incorrecta. No obstante, existen modelos homologados para funcionar en cualquier posición.

↑ Fig: Contador de chorro único

Estos contadores no requieren de disposición de tramos rectos de tubería aguas arriba del contador, pues debido a su diseño, la tobera única regulariza el perfil de velocidades de agua que entre por la tubería.

b) Chorro Múltiple

Los medidores de chorro múltiple poseen una cámara interna equipada con toberas que orientan el flujo de agua sobre la turbina creando un chorro de agua que incide en varios puntos de la periferia de la turbina de forma uniforme, esto es una ventaja ya que se consigue un funcionamiento más equilibrado de la turbina y hace que duren más en comparación con los de chorro único, asimismo, supone un mejor comportamiento a bajos caudales. Están disponibles en varios calibres, normalmente hasta DN50, y en agricultura son utilizados en las redes terciarias.

Al igual que los contadores de chorro único, estos contadores normalmente no requieren tramos rectos de tubería aguas arriba y se deben utilizar en posición horizontal. Ahora bien, una instalación inclinada o en vertical es muy habitual, pero inadecuada, y puede aumentar el error de lectura a bajos caudales, con caudales. Con caudales medios-altos, la curva de error no se ve afectada. Sin embargo, la vida útil del mismo se verá perjudicada.

Fig: Despiece contador de velocidad de chorro múltiple →

c) Contadores Woltman

Su funcionamiento se basa en la incidencia del flujo de manera axial sobre una hélice. La velocidad de giro de la hélice es función tanto del caudal y las características constructivas de la hélice, como del ángulo de ataque del agua sobre sus álabes. Este último aspecto tiene especial relevancia en la instalación en campo de los contadores.

Nota: Se denominó Woltman a este tipo de contadores en homenaje al ingeniero Alemán Reinhard Woltman (1757-1830) que en 1790 introdujo el uso de molinetes en la medición del caudal en canales abiertos.

Existen tres tipos de contador Woltman en función de sus características constructivas y del eje de rotación de la turbina: Woltman de eje horizontal, Woltman vertical y Woltman en 90º (en codo).

Los contadores Woltman de eje horizontal la dirección del flujo coincide con el eje de giro de la turbina, y los de eje vertical el flujo incide de manera perpendicular al eje de giro. Los de eje horizontal tienen mayor capacidad de caudal para un mismo diámetro que los de eje vertical y en codo. Sin embargo, la sensibilidad a caudales bajos de los contadores de eje vertical es superior.

← Fig: Perfil de velocidades en contadores de eje horizontal y vertical. Se puede observar que en los verticales se cambia la dirección del eje de avance del agua hasta hacerla avanzar perpendicularmente al eje de conducción, debido a que el giro de la hélice se produce alrededor de un eje que es perpendicular al eje de la conducción. El principal inconveniente de este diseño radica en el aumento de pérdida de carga (5 veces superior en el Woltman vertical que en el horizontal) ya que introduce un recorrido del fluido dentro del contador más sinuoso.

De manera general podemos indicar que los contadores de eje horizontal tienen una menor perdida de presión y menor sensibilidad mientras que los de eje vertical presentan mayor pérdida de presión y mayor sensibilidad.

Existe una variante de los contadores de eje vertical, a los que se le añade una válvula de control o regulación. Esta válvula puede estar accionada por un solenoide de forma que nos sirva de control a distancia. A estos contadores con función de corte de agua se les llama hidrantes de un cuerpo al tener la función de corte y medición integradas.

Son fundamentalmente usados en tuberías en las cuales los caudales circulantes son elevados (> 10 m3/h) y habitualmente se emplean para diámetros entre 40 y 300 mm

Respecto a los contadores Woltman en codo (o a 90º) están pensados para la medición del agua extraída de pozos. Su principal característica es que la dirección de entrada y salida del agua forma un ángulo de 90°, por lo que el medidor permite ahorrar los costes de un codo. Ahora bien, su elevado precio hace que merezca la inversión. La gama de diámetros que se encuentra en el mercado es reducida y abarca contadores entre 80 y 200 mm.

↑ Fig: Fotografías de diferentes tipos de contadores woltman

El funcionamiento del mismo es muy similar al de un Woltman con hélice vertical. De hecho, la turbina gira alrededor de un eje paralelo al eje de la conducción de entrada. El agua entra por la parte inferior del contador, donde atraviesa unos estabilizadores de flujo antes de llegar a la hélice. A continuación, el agua es desviada de dirección y finalmente abandona el contador.

Un aspecto importante a tener presente es que el cuerpo del contador prácticamente no altera el flujo de agua antes de llegar a la hélice. Por tanto, la sensibilidad del error de medición de este tipo de contador al perfil de velocidades entrante es parecida a la de los contadores Woltman horizontales y no a la de los Woltman verticales.

La forma especial de las “helices” permite que los contadores Woltman puedan cubrir una gama de medición muy amplia con una pérdida de carga especialmente reducida.
A pesar de su diseño para grandes caudales, también arrancan con fiabilidad con caudales pequeños de agua.

Todos los modelos de contador Woltman permiten obtener los mejores resultados de medición si se observan unas normas de montaje sencillas pero básicas.

← Fig: Contador woltman de 90º

Consejos para la instalación

- - Debe observarse la dirección de flujo obligatoria de los contadores.
  - En los de eje horizontal o paralelos, el perfil de velocidades a la entrada juega un papel fundamental en la metrología de este, por lo que, necesitan de tramos rectos antes del contador para regular este perfil, y dependiendo de la perturbación existente aguas arriba el número de tramos rectos necesarios para regularizarlo oscila entre 5 y 20 veces el diámetro de la tubería. Si no se mantienen estas distancias mínimas el resultado de la medición es impredecible, y no se sabe el error máximo que puede cometer el instrumento, todo dependerá de las características del flujo a la entrada del contador.
  - Las exigencias de tramos rectos en los contadores de eje vertical son menores, puesto que el propio contador distorsiona el perfil de velocidades a la entrada, lo que le hace inmune a muchos tipos de perturbaciones.
  - Si no es posible respetar el tramo recto de entrada necesario, debe incorporarse un rectificador de flujo tipo panal de abeja.
  - Con el fin de evitar el impacto de sólidos arrastrados por la corriente, o el paso de fibras que puedan bloquear la hélice, se suelen colocar filtros aguas arriba del contador.
  - En los Woltman horizontales la posición de instalación puede ser prácticamente cualquiera. La única limitación es la inclinación sobre la horizontal del totalizador, que en ningún caso debe estar boca abajo.
    En los Woltman verticales solo se pueden montar en posición horizontal y la relojería debe estar orientada hacia arriba.

↑ Fig: posiciones permitidas en los montajes de los contadores Woltman.

Fig: Tramos rectos recomendados para los contadores Woltman de eje horizontal. Cada casa comercial nos indicara sus recomendaciones necesarias para un correcto funcionamiento del contador →

d) Contadores tangenciales

Cuentan con una turbina ubicada en las paredes internas por donde pasa el agua. Tiene como ventaja que no presentan problemas por sólidos por en suspensión, por lo que son ideales para el agua de riego, aunque tienen unas características metrológicas mediocres.

Cuenta con una turbina situada en la pared de la parte superior de la conducción que gira proporcionalmente a la velocidad del agua en esta zona. Por ello, un perfil de velocidad asimétrico, que cambie la relación entre la velocidad media y la velocidad medida, perjudica seriamente la precisión, por lo que tiene unas características metrológicas mediocres, por otro lado, tiene como ventaja que no presentan problemas por sólidos por en suspensión, por lo que son ideales para el agua de riego, debido a que el paso de agua no encuentra impedimento alguno, por lo que pueden atravesar el contador sólidos en suspensión de tamaño considerable sin que se dañe la turbina. Los sólidos de mayor densidad circularán por la parte baja de la conducción mientras que la turbina se encuentra en la zona superior.

El uso de los contadores tangenciales, a pesar del inconveniente relativo a su escasa precisión, está justificado principalmente por el coste del contador, pues el elemento primario mantiene el tamaño, independientemente del diámetro de la conducción, el coste de adquisición no se dispara en exceso en comparación con otro tipo de contadores, como puedan ser los Woltman.

↑ Fig: Contador de agua tangencial de uso frecuente en riego. Se puede observar la situación de la turbina y el gran paso libre de agua.

↑ Fig: Fotografía de contadores tangenciales de diferentes diámetros donde se puede observar que el contador es el mismo para todos los diámetros de tubería.

Es frecuente encontrar este tipo de contadores sin ningún tipo de aprobación de clase metrológica, por lo que no pueden ser utilizados como instrumentos de facturación. Su funcionamiento es muy parecido al de un caudalímetro de inserción tipo turbina, por lo que presenta inconvenientes análogos, es decir, alta sensibilidad al perfil de velocidades y baja precisión. Por ello, en la instalación de un contador tangencial es esencial garantizar una calidad excelente del perfil de velocidades, por lo que las distancias de tramos rectos a conservar aguas arriba del contador son considerables.

Se puede tomar como referencia las recomendaciones dadas por fabricantes de caudalímetros de inserción tipo turbina. Normalmente estarán comprendidas entre 15 y 30 diámetros, dependiendo de la perturbación.

Características

- - Sólo parte de la Turbina recibe el impacto del agua.
  - El eje de giro de la turbina es perpendicular al agua.
  - No le afecta el tránsito de pequeñas partículas en suspensión ya que atraviesan el contador sin dañar la turbina.
  - Tienen una precisión baja por lo que no pueden ser utilizados como elemento de facturación.
  - Se deben instalar muy bien para que no den problemas: Tramos rectos aguas arriba del contador.

e) Contadores Proporcionales

Hay medidores que miden el caudal principal basándose en cálculos realizados a un caudal menor que se encuentra paralelo al principal. Hacen esto obligando pasar una parte del caudal principal por una tobera donde se instala un contador.

Suponiendo que es proporcional el caudal principal con el que pasa por la tobera, y una vez registrado el que pasa por la tobera se puede estimar el total conociendo esta proporcionalidad.

Al pasar la mayor parte del fluido por un circuito si impedimentos hacen que sean menos sensibles a aguas con gran cantidad de solidos en suspensión, por lo que lo hacen ideales para aguas no filtradas extraídas de pozos y cargadas con partículas sólidas. No obstante, este tipo de contadores no están aprobados dentro del marco de la Directiva europea 75/33/CEE debido a su baja precisión.

Para proteger el contador secundario se instala un filtro a la entrada del circuito en derivación. El problema que surge en numerosas ocasiones es que este filtro se obtura impidiendo así el paso del agua por el secundario y provocando errores de registro muy importantes, al cambiar la relación entre el caudal circulante por el secundario y el caudal total. En algunos casos, los fabricantes recomiendan que con aguas muy cargadas (aprox. 3 g/l) la velocidad de circulación sea superior a 2 m/s para dificultar el paso de sólidos por el secundario.

En principio estos contadores no son demasiado sensibles a las perturbaciones del flujo. De hecho, elementos como los codos y las tes no afectan a su curva de error.

Fig: Esquema de un contador proporcional →

Contadores VOLUMÉTRICOS

Estos tipos de contadores registran el consumo mediante la acumulación del número de llenados y vaciados de una o dos cámaras de volumen conocido. Son los más precisos de todos los contadores mecánicos.

Básicamente existen dos tipos de contadores volumétricos: los de pistón rotativo y los de disco nutante. La diferencia entre ellos reside en la forma del elemento móvil que llena y vacía las cámaras. En los primeros, el elemento móvil lo constituye un pistón que gira excéntricamente mientras que en los segundos esta pieza es un disco.

Los contadores volumétricos, por su precisión, se emplean principalmente en la medición del consumo de los usuarios domésticos, no se utilizan en agua de riego, por lo que no vamos ni a describirlos.