El empleo de ondas ultrasónicas permite medir de forma precisa el caudal volumétrico de diversos gases y líquidos – independientemente de la conductividad eléctrica, la presión, la temperatura o la viscosidad.
Nadar a contracorriente requiere más energía y más tiempo que nadar en el sentido del caudal. Este simple hecho es la base de la medición de caudal por ultrasonidos según el método del "tiempo de tránsito diferencial": este método utiliza dos sensores, situados en frente del otro en el tubo de medición.
Cada sensor puede transmitir y recibir alternativamente señales ultrasónicas, a la vez que mide simultáneamente el tiempo de tránsito de la señal. Cuando el fluido del tubo empieza a circular, las señales se aceleran en la dirección del caudal pero se retrasan en la dirección contraria. El tiempo de tránsito diferencial, medido por los dos sensores, es directamente proporcional a la velocidad del caudal.
Vea el vídeo para descubrir cómo funciona el principio de medición de caudal por ultrasonidos y acceda a más información sobre este tema aquí!
Resumen de las ventajas de los caudalímetros por ultrasonidos
- Principio de medición universal para líquidos y gases
- Multivariable: medición simultánea del caudal másico, la densidad, la temperatura y la viscosidad
- Alta precisión de medición, normalmente ±0,1 % lect.; opcionalmente, ±0,05 % lect. (PremiumCal)
- El principio de medición es independiente de las propiedades físicas del fluido y del perfil de caudal
- No son necesarios tramos rectos de entrada/salida
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Cada día, se transportan una gran variedad de sustancias en sistemas de tuberías.
Entre ellas, disolventes y productos químicos, aceites vegetales en el sector alimentario, refrigerantes en el sector primario o productos petroquímicos.
Los fluidos que circulan por las tuberías suelen tener propiedades completamente diferentes. Por tanto, se requieren distintos principios operativos para medirlos.
Uno de ellos es la medición de caudal basada en el método de tiempo de tránsito diferencial por ultrasonidos.
Los conceptos físicos básicos del principio se remontan a Lord Raleigh, físico inglés y ganador del premio Nobel.
En su libro "The Theory of Sound", publicado en 1877, describe la propagación de las ondas de sonido en sólidos y gases.
Así funciona el método de medición:
En un caudalímetro por ultrasonidos, los sensores se colocan en pares, enfrentados entre sí, dentro del tubo de medición.
Cada sensor puede transmitir y recibir alternativamente una señal ultrasónica. Al mismo tiempo, se miden los tiempos de tránsito de estas señales.
Las señales ultrasónicas se generan aplicando un voltaje a cristales piezoeléctricos. Por el contrario, cuando una señal ultrasónica impacta sobre el sensor, el cristal piezoeléctrico genera un voltaje.
Al aumentar el número de pares de sensores, es posible detectar con precisión y compensar matemáticamente las distorsiones del perfil de caudal en toda la sección transversal de la tubería.
Cuando no hay caudal, los tiempos de tránsito de la señal son los mismos, tanto aguas arriba como aguas abajo.
Cuando el fluido del tubo empieza a circular por la tubería de medición, las señales ultrasónicas aceleran en la dirección del caudal y deceleran en la dirección contraria al caudal.
Como resultado, las señales ultrasónicas presentan diferentes tiempos de tránsito: menos tiempo en la dirección del caudal y más tiempo en su contra.
Por tanto, el tiempo de tránsito diferencial que miden los sensores es directamente proporcional a la velocidad de flujo presente en la tubería.
Junto con la sección transversal conocida de la tubería, se puede calcular el caudal volumétrico real.
Cuanto mayor sea la velocidad de flujo, mayor será la diferencia de tiempo medida entre las dos señales ultrasónicas.
Para la medición de caudal por ultrasonidos, los sensores no tienen por qué instalarse en la pared de la tubería.
Por ejemplo, con un diseño no intrusivo, los sensores se fijan directamente al exterior de la tubería. Esto quiere decir que se pueden actualizar en cualquier momento sin interrumpir el proceso.
Con los sensores de fijación externa ("clamp-on"), la señal ultrasónica pasa directamente a través de la pared de la tubería hacia el fluido. La señal continúa por el fluido y se refleja en la pared opuesta de la tubería. A continuación, el segundo sensor la mide (en este ejemplo, con una instalación de dos trayectorias).
El diseño no intrusivo es único, porque permite medir las velocidades de caudal en tuberías muy grandes de hasta 4 metros de diámetro. Esto aumenta las posibles áreas de aplicación, por ejemplo, en el sector del agua e hidroeléctrico.
Las ventajas principales de la medición de caudal por ultrasonidos son el montaje flexible, la seguridad de proceso y la rentabilidad.
Tenemos la solución adecuada para cada aplicación.
Endress+Hauser: su proveedor global de tecnología de medición.
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