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Sensores de presión diferencial: medición de caudal

El caudal que circula por una tubería puede ser medido por sensores de presión diferencial (DP) acoplados a un elemento que se introduce en la tubería con un diseño especial que provoca una caída de presión que se relaciona con el caudal que circula a su través. Pueden alcanzar gran exactitud y durabilidad, y con un solo instrumento se puede medir caudal, presión y temperatura.

Podríamos hablar de tres elementos que componen este caudalímetro para la medición por presión diferencial. El elemento primario es el que crea una caída de presión en el caudalímetro al introducir una restricción en la tubería diseñada para que se pueda usar la ecuación de Bernoulli para calcular el caudal midiendo la DP antes y después de la restricción. La caída de presión se mide con otro elemento secundario, un transmisor de presión diferencial. Esta DP es relativamente pequeña y casi siempre requiere el uso de un sensor de baja presión. Los elementos terciarios comprenden todo lo demás en el sistema, como los conectores, etc.

El elemento primario suele ser una placa de orificio calibrada o un trozo de tubería con una restricción en forma de cono (“estilo cono”)

El medidor de flujo por presión diferencial “estilo cono” funciona bajo el principio de que una obstrucción en la tubería conduce a un aumento en la velocidad del flujo y una caída correspondiente en la presión. La presión diferencial es provocada por un cono ubicado en el medio de la tubería. Este cono tiene una forma específica para que pueda aplanar el perfil de velocidad del fluido en el tubo. Esto, a su vez, ayuda a crear una señal altamente estable en todas las reducciones de flujo. Puede calcular el caudal midiendo la diferencia entre la presión aguas abajo del cono a través de su sección central y la presión aguas arriba del cono en la pared del medidor.

El medidor de flujo por presión diferencial con placas de orificio utiliza una placa de metal plana con una abertura en la placa, instalada perpendicular a la corriente que fluye en un tubo circular. A medida que el fluido pasa a través del orificio, la restricción provoca un aumento de la velocidad y una disminución de la presión. Se utiliza un transmisor de presión diferencial para medir la presión entre el orificio y la corriente de flujo de la tubería. Siempre hay una pérdida de presión permanente. Solo se utiliza con aguas limpias. Las placas de orificio son elementos primarios para medir el flujo en función de la presión diferencial que crean.

Cuando se utiliza una placa orificio para reducir el diámetro y provocar una diferencia de presión (DP), esta es proporcional al cuadrado del caudal (Qv) que está circulando por la tubería:

DP = PH – PL = k (Qv)2

Por lo que el caudal por presión diferencial es proporcional a la raíz cuadrada de la presión diferencial.

↑ Fig: Medidor de flujo tipo cono

↑ Fig: Sensores de flujo por presión diferencial

↑ Fig: Esquema de un sensor de flujo por presión diferencial con placa de orificio