Principio de medición del caudal electromagnético

Los caudalímetros electromagnéticos, también conocidos como magnetómetros o caudalímetros magnéticos, existen desde 1939. El clérigo e inventor suizo Padre Bonaventura Thürlemann (1909 – 1997) fue pionero en la utilización industrial de este principio de medición.

El fenómeno físico en el que esta técnica se basa se conoce, sin embargo, 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), genera una tensión (U_e) de unos pocos milivoltios entre los dos extremos de la barra. 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 (Fig. 1), el fluido conductor que circula por el interior del tubo 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 aislado eléctricamente del fluido y del electrodo con un revestimiento no conductor (por ejemplo, poliuretano, caucho duro, PTFE, poliamida PFA, etc.). Dado un campo magnético de intensidad constante (B), la ecuación U_e = B ⋅ L ⋅ v muestra que la tensión de medición generada (U_e) es directamente proporcional a la velocidad de flujo (v). Como se conoce la sección transversal de la tubería (A), es posible calcular fácilmente el caudal volumétrico(Q_V) se calcula fácilmente:

La ventaja principal de este principio de medición es que es insensible a la presión, la temperatura y la viscosidad. Asimismo, el perfil del caudal tiene un efecto mínimo en el resultado de la medición. Estas propiedades hacen a los caudalímetros electromagnéticos extremadamente atractivos para un amplio abanico de aplicaciones industriales de medición de caudales.

Tubo de medición (a):
en términos físicos, es importante que el tubo de medición no obstruya ni distorsione el campo magnético, por lo que está fabricado de acero inoxidable.

Revestimiento (b):
el revestimiento es el aislante que se encuentra entre los electrodos y el tubo de medición y que impide que la tensión generada se descargue a la tubería. También es importante tener en cuenta las propiedades físicas y químicas de resistencia del revestimiento al fluido. El poliuretano, el caucho duro y el PFA/PTFE son algunos de los materiales más utilizados.

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.

Electrodos (d₁–d₃):

• Electrodos de medición (d₁) para detectar la tensión generada. Las condiciones de proceso imponen el material de fabricación del electrodo, que puede ser de acero inoxidable, aleación, tántalo o platino.
• Electrodo de referencia o tierra (d₂) para la compensación de potencial entre el caudalímetro y el fluido. Para este mismo propósito también se pueden instalar discos (anillos) de puesta a tierra separados.
• Electrodo de detección de tubo vacío (d₃) para detectar si el tubo de medición se halla vacío o parcialmente lleno. El transmisor activa una alarma si electrodo queda al descubierto.

Un método moderno de eficacia demostrada para generar campo magnético consiste en utilizar impulsos de corriente continua (CC). Se genera así lo que se conoce como "campo CC por impulsos". La polaridad del campo magnético se invierte periódicamente para que las tensiones de medición consecutivas en los electrodos (U₊, U_–) tengan signos opuestos (véase la Fig. 4). La tensión generada es la diferencia entre estos dos valores medidos (U_caudal):

Este método presenta la ventaja de eliminar las tensiones interferentes, puesto que se anulan en el cálculo. La electrónica transforma el valor de esta tensión resultante —relacionada con la velocidad de flujo media— al valor de caudal volumétrico correspondiente y lo convierte en una señal de salida estandarizada (por ejemplo, una salida de corriente entre 4–20 mA).