¿Por qué utilizar un manómetro diferencial para medir el caudal?

Un medidor de presión diferencial (DP) se utiliza para medir el caudal convirtiendo la caída de presión creada por una restricción del flujo en un caudal legible basado en principios establecidos de dinámica de fluidos. En muchas aplicaciones industriales, los ingenieros necesitan una forma fiable de supervisar el caudal de líquidos o gases, pero es posible que no requieran la complejidad o el coste de un caudalímetro electrónico. En estos casos, un medidor DP proporciona una solución mecánica sencilla para indicar el caudal.

Con más de 170 años de experiencia en la medición de presión y caudal, Ashcroft presta apoyo a los ingenieros que trabajan en entornos de proceso difíciles y exigentes, donde la fiabilidad de las mediciones es fundamental.

En este artículo, aprenderá por qué es importante la monitorización del flujo, cómo se relaciona la presión diferencial con el flujo y las formas más comunes en que se utilizan los medidores de presión diferencial, como los que ofrece Ashcroft, para medir el flujo en aplicaciones industriales.

¿Por qué es importante controlar el flujo en los procesos industriales?

El control del flujo es importante porque los cambios en el flujo suelen indicar condiciones que pueden afectar a la seguridad, la calidad del producto o el rendimiento del sistema. Una disminución del flujo puede indicar una obstrucción en la línea, incrustaciones o un bloqueo, mientras que un flujo excesivo puede indicar problemas en las válvulas o una configuración incorrecta del sistema.

En sectores como el del petróleo y el gas, el agua y las aguas residuales, el procesamiento químico y la climatización, el control del flujo ayuda a los operadores a:

• Mantener condiciones de funcionamiento seguras.
• Proteja los equipos y los procesos posteriores.
• Identificar tempranamente las condiciones anormales.
• Apoye un funcionamiento coherente y eficiente.

Aunque los medidores de flujo electrónicos se utilizan habitualmente, no siempre son necesarios cuando lo que se requiere es una supervisión básica en lugar de un control automatizado.

¿Cómo se puede utilizar la presión diferencial para medir el caudal?

La presión diferencial se puede utilizar para medir el caudal, ya que los fluidos que fluyen crean cambios de presión predecibles cuando pasan a través de una restricción. Cuando la velocidad del fluido aumenta, la presión estática disminuye y esa diferencia de presión se puede medir.

Al medir la presión aguas arriba y aguas abajo de una restricción, un medidor de presión diferencial proporciona un valor de presión diferencial que se puede relacionar con el caudal. Una vez que el sistema está correctamente diseñado y calibrado, esta relación permite calcular el caudal o mostrarlo directamente en la esfera del medidor.

¿Qué papel desempeña el principio de Bernoulli en la medición del flujo?

El principio de Bernoulli explica la relación entre la velocidad del fluido y la presión, lo que hace posible la medición del caudal basada en la presión diferencial. En una tubería horizontal, una mayor velocidad del fluido corresponde a una menor presión, mientras que una menor velocidad corresponde a una mayor presión.

Cuando se introduce una restricción en la trayectoria del flujo:

• La velocidad del fluido aumenta en la restricción.
• La presión disminuye en ese punto.
• Se crea una diferencia de presión medible.

El caudal es proporcional a la raíz cuadrada de la presión diferencial medida. Este principio se utiliza ampliamente en aplicaciones tales como la distribución de agua, los sistemas de tratamiento de aire, el procesamiento químico y las operaciones con petróleo y gas.

¿Cuáles son las formas más comunes de medir el caudal utilizando un medidor DP?

Las formas más comunes de medir el caudal con un medidor DP son las placas de orificio, los tubos Venturi y los tubos Pitot. Cada método aplica el principio de Bernoulli, pero difiere en cuanto a diseño, pérdida de presión y aplicación típica.

Es importante señalar que los medidores DP son indicadores visuales. Proporcionan una indicación local del caudal, pero no transmiten señales a los sistemas de control de la misma manera que lo hacen los transmisores electrónicos.

¿Cómo funciona una placa de orificio con un medidor DP?

La placa de orificio es el método más utilizado para medir el caudal. Consiste en una placa delgada con un orificio o abertura de tamaño preciso.  Cuando se coloca en la tubería, el flujo que atraviesa la tubería provoca una gran caída en la presión diferencial. El medidor de presión diferencial se coloca a través de la placa de orificio y se conecta a las tomas de presión. A medida que el fluido pasa a través del orificio, la velocidad aumenta y la presión disminuye, creando una presión diferencial proporcional al flujo.

Las placas de orificio son opciones rentables que sonadecuadas para muchas aplicaciones de líquidos y gases.

Figura 1. La placa de orificio

¿Cuándo se utiliza un tubo Venturi en lugar de una placa de orificio?

Un tubo Venturi consiste en una sección de tubería estrecha que provoca un aumento de la velocidad del fluido, lo que da lugar a una disminución de la presión. Se utiliza cuando es necesario minimizar la pérdida de presión. A diferencia de una placa de orificio, un Venturi acelera y desacelera gradualmente el fluido, lo que da lugar a una caída de presión permanente menor.

Los tubos Venturi se suelen seleccionar cuando:

• Se requieren caudales más elevados.
• La eficiencia energética es importante.
• Una restricción excesiva podría perturbar el proceso.

El manómetro DP mide la presión en puntos específicos a lo largo del venturi para determinar el caudal.

Figura 2. Tubo Venturi

¿Por qué se utilizan habitualmente los tubos de Pitot para medir el flujo de aire?

Los tubos Pitot se utilizan habitualmente para medir el flujo de aire, ya que miden la presión dinámica en un punto específico de la corriente. A diferencia de las placas de orificio y los tubos Venturi, los tubos Pitot no miden toda la sección transversal de la tubería.

Se utilizan normalmente en:

• Conductos de climatización
• Sistemas de tratamiento de aire
• Monitorización de la ventilación

El caudal se calcula midiendo la diferencia entre la presión estática y la presión dinámica.

Figura 3. Tubo de Pitot

¿Cómo se mide el caudal con un manómetro diferencial?

El caudal se mide utilizando un medidor DP, haciendo coincidir la diferencia de presión esperada con el rango de caudal deseado y configurando el medidor en consecuencia. Una vez seleccionado el dispositivo de restricción, la caída de presión asociada al caudal objetivo suele ser facilitada por el fabricante de la placa de orificio, el tubo Venturi o el tubo Pitot.

Los pasos básicos son los siguientes:

1. Instalación de la placa de orificio, el tubo Venturi o el tubo Pitot en el sistema.
2. Conexión del manómetro DP a las tomas de presión adecuadas
3. Medición de la presión diferencial creada por el flujo
4. Cálculo del caudal o aplicación de una escala de caudal personalizada
5. Diseño de un dial que muestre unidades de flujo, presión diferencial o ambas cosas.

La precisión de la medición del caudal depende de factores como el diseño del elemento de caudal, las propiedades del fluido, las condiciones de instalación y las prácticas de calibración.

Para obtener resultados precisos y repetibles, los ingenieros deben consultar las normas y directrices aplicables del sector. Las normas de organizaciones como ISO, ASME e ISA abordan el diseño, la instalación y el uso de elementos de caudal de presión diferencial, incluidas las placas de orificio, los tubos Venturi y los tubos Pitot. El cumplimiento de las normas reconocidas ayuda a reducir los errores relacionados con la instalación y favorece un rendimiento constante en la medición del caudal.

¿Cuándo es un medidor DP una alternativa práctica a un medidor de flujo?

Un medidor DP es una alternativa práctica cuando basta con una indicación local del caudal y no se requiere una salida electrónica. En entornos difíciles, donde la simplicidad, la durabilidad y la facilidad de mantenimiento son prioritarias, los medidores DP pueden proporcionar una monitorización fiable del caudal sin añadir complejidad al sistema.

Al comprender el principio de Bernoulli y seleccionar el elemento de flujo adecuado, los ingenieros pueden utilizar con confianza los medidores de presión diferencial como una solución eficaz para muchas aplicaciones de medición de caudal.

¿Quiere saber más?

Ahora ya sabe cómo se pueden utilizar los manómetros diferenciales para medir el caudal, cómo se aplica el principio de Bernoulli y qué métodos basados en la presión diferencial se utilizan habitualmente en aplicaciones industriales. Comprender estos fundamentos puede ayudarle a determinar cuándo un manómetro diferencial es una solución práctica para la monitorización del caudal en su proceso.

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