Todo Sobre Medidores de Flujo Ultrasónicos

Principio de funcionamiento del flujometro ultrasónico - Tecnología de flujometros de tiempo de tránsito

¿Te has fijado alguna vez en que, cuando pasa un avión por encima de tu cabeza, la frecuencia del sonido mientras se aproxima es diferente de la que tiene una vez que pasa junto a ti? El zumbido que produce parece cambiar, aunque el sonido real producido por el lugar no lo haya hecho. Lo mismo se puede experimentar al escuchar un coche acercarse y luego pasar. El sonido que produce el coche no ha cambiado, pero lo que parece que oyes sí. ¿Qué ocurre para que se produzca este efecto? El principio conocido como "tiempo de tránsito". Este mismo principio es el que emplean los flujometros ultrasónicos para medir el flujo.

¿Cómo aprovechan ese fenómeno los flujometros ultrasónicos? Funcionan por el principio de diferencia de tiempo de recorrido. Las ondas ultrasónicas en el medio se ven influidas por el flujo. Se montan dos sensores uno frente al otro en la tubería para los modelos en línea, o en la tubería para los modelos no intrusivo, que funcionan simultáneamente como transmisor y receptor de señales acústicas ultrasónicas. Si el medio no se mueve, los tiempos de funcionamiento de ambas señales son idénticos. Si el medio está en movimiento, el tiempo de funcionamiento de la señal contra el flujo será mayor que el de la señal con el flujo. Esta diferencia de tiempo es proporcional al flujo y se procesa a través de un microprocesador para producir una lectura de medición.

¿Quién inventó el flujometro ultrasónico?

Los modernos flujometros ultrasónicos que conocemos hoy son la culminación evolutiva del ingenio de muchas mentes a lo largo de los últimos 60 años. Las raíces de los flujometros ultrasónicos se remontan a 1842, cuando Christian Doppler "descubrió" que los sonidos tienden a cambiar de frecuencia cuando se acercan a cuando se alejan. El principio inicial utilizado en los flujometros ultrasónicos fue Doppler, llamado así por el hombre que se percató por primera vez de que era un principio. Los flujometros ultrasónicos pasaron a utilizar el desplazamiento de la frecuencia del sonido para medir el flujo.

Aunque los flujometros ultrasónicos han empezado a estar de actualidad en las dos últimas décadas debido a algunos avances importantes en el campo de la instrumentación ultrasónica, los primeros modelos se crearon en la década de 1960. Shigeo Satomura fue un físico japonés que desarrolló el primer flujometro ultrasónico, basado en el principio Doppler, para el análisis del flujo sanguíneo.

No fue hasta unos años más tarde cuando se desarrolló el principio de funcionamiento para su uso en aplicaciones industriales, también basado en el principio de funcionamiento Doppler. La tecnología no se generalizó, debido a su limitada capacidad inicial para medir algunos de los medios más comunes del tiempo. En la década de 1970, los flujometros ultrasónicos eran ya más conocidos, pero debido a que los usuarios finales malinterpretaban y aplicaban erróneamente la tecnología en sus aplicaciones, ésta adquirió una reputación negativa no por culpa suya, sino por error de los operarios.

En la década de 1990, con el auge de la industria, la demanda de flujometros para medir diversos procesos industriales nuevos impulsó el crecimiento y el desarrollo del mercado de los flujometros. Los flujometros ultrasónicos también evolucionaron en una característica clave durante este periodo de desarrollo. Comenzaron a emplear un principio diferente de medición ultrasónica, conocido como tiempo de tránsito, tiempo de vuelo o diferencia de tiempo de recorrido. Este nuevo método de medición allanó el camino para que el flujometro ultrasónico ocupara su lugar entre otras tecnologías destacadas empleadas en la medición de flujo, ya que ahora podían medir los tipos de medios más comunes.

Desde la década de 1990, los avances en electrónica y procesadores le han permitido seguir evolucionando junto a tecnologías similares. Todos estos avances nos han llevado a los flujometros ultrasónicos actuales, que ofrecen muchas ventajas para determinadas áreas de aplicación que otras tecnologías no pueden abarcar.

En la actualidad, cuando alguien dice "flujometros ultrasónicos", la mayoría se refiere probablemente a las versiones no intrusivo, como nuestro flujometro ultrasónico no intrusivo DUC, que es uno de los ámbitos en los que la tecnología destaca realmente sobre otras tecnologías al abrir muchos más campos de aplicación y ventajas compatibles. Aunque los modelos no intrusivo no son un desarrollo nuevo, ya que anteriormente se fabricaban modelos con el principio Doppler, han adquirido un protagonismo significativo en la industria, ahora que utilizan la medición del tiempo de vuelo, para determinados campos de aplicación como las aguas residuales y son una opción económica para aplicaciones de tuberías de gran diámetro, frente a otras tecnologías que requieren una cantidad significativa de materiales para crear un enorme cuerpo de flujo de diámetro completo. Los flujometros ultrasónicos también están disponibles en modelos en línea, como nuestro flujometro ultrasónico en línea DUK.

Tipos de flujometros ultrasónicos

Aunque existen muchos modelos de flujometros ultrasónicos que pueden ofrecer algo ligeramente diferente, hay dos tipos principales de flujometros ultrasónicos, tanto desde el punto de vista de la instalación como del principio de funcionamiento.

Cuando se trata de la instalación de flujometros ultrasónicos, los dos tipos diferentes son en línea, donde el instrumento tiene un cuerpo de flujo incorporado que se instala directamente en los sistemas de tuberías a través de conexiones, o el no intrusivo (también conocido como flujometro ultrasónico portátil o de correa) donde los transmisores se montan en el exterior de la tubería y ciertos métodos de fijación pueden ser de naturaleza más permanente o desmontable.

Desde el punto de vista tecnológico, existen dos tipos de flujometros ultrasónicos. Los que siguen empleando el principio Doppler para la medición y los que emplean el principio del tiempo de tránsito (también conocido como tiempo de vuelo).

Ventajas y desventajas del flujometro ultrasónico

Los flujometros ultrasónicos ofrecen muchas ventajas. No tienen piezas móviles que se desgasten, lo que acorta la vida útil del medidor. Requieren un mantenimiento mínimo y tienen bajos costes de funcionamiento. Proporcionan una buena respuesta dinámica. Miden medios no conductivos y son una excelente alternativa para los flujometros magnéticos que requieren líquidos conductivos para funcionar correctamente.

Generalmente son conocidos por su alta precisión. Son mejores para leer flujos bajos que los flujometros de vórtice, otra tecnología de flujo que no tiene piezas móviles que se desgasten. También ofrecen una baja caída de presión y pueden ofrecer muchos modelos químicamente compatibles con productos químicos. También pueden manejar medios sucios donde otras tecnologías no pueden.

Los flujometros ultrasónicos, como cualquier tecnología de flujo, también tienen sus limitaciones. Su coste inicial puede ser superior al de otras tecnologías, en función de las exigencias y variables exactas de la aplicación. Pueden ser más difíciles y caros de reparar en caso de avería. Requieren tuberías rectas para garantizar un perfil de flujo que favorezca el principio de funcionamiento de los ultrasonidos. No funcionan con líquidos que no pasen la energía ultrasónica, como los lodos. Por último, la precisión de los flujometros ultrasónicos puede verse comprometida con caudales bajos, como los inferiores a 2 pies por segundo.

Aplicaciones del flujometro ultrasónico

Los flujometros ultrasónicos son útiles para una amplia variedad de áreas de aplicación. Los nuevos modelos con pinza ofrecen una solución ideal para muchas aplicaciones en las que otros tipos de tecnología no son compatibles. Las aplicaciones industriales más comunes de los flujometros ultrasónicos incluyen: centrales eléctricas, agua y aguas residuales, gestión de instalaciones, industria química e industria alimentaria y de bebidas.

Los flujometros ultrasónicos pueden utilizarse con ciertos tipos de medios con los que otras tecnologías de flujo pueden no ser compatibles, como líquidos sanitarios, líquidos corrosivos y líquidos abrasivos. Algunos modelos específicos también pueden utilizarse con líquidos criogénicos. También funcionan con petróleo. Otros tipos de medios compatibles con la tecnología ultrasónica dependen de si el principio de funcionamiento del medidor es la tecnología Doppler o la de tiempo de tránsito.

Precisión del flujometro ultrasónico

Junto con otras tecnologías que no emplean un principio mecánico de funcionamiento, los flujometros ultrasónicos pueden ofrecer una precisión excelente. También pueden ofrecer una relación de reducción muy alta que permite manejar un amplio espectro de flujos en un solo medidor. Por ejemplo, nuestro flujometro ultrasónico en línea DUK ofrece una de las mejores relaciones de reducción del sector, 250:1.

Flujometros ultrasónicos frente a flujometros magnéticos

Aunque su precio suele ser similar, la verdadera ventaja de los flujometros ultrasónicos es su capacidad para medir medios no conductivos. Los flujometros magnéticos tienen una cantidad mínima de conductividad que el medio debe poseer para funcionar correctamente. Esto significa que hay muchos tipos de medios que no son compatibles con la tecnología de flujometros magnéticos pero sí lo son con la tecnología ultrasónica.

Tanto los flujometros ultrasónicos como los magnéticos se basan en principios que no requieren piezas móviles, por lo que ambos ofrecen un menor mantenimiento y una vida útil potencialmente más larga que los flujometros mecánicos. Ambos pueden ofrecer una precisión excelente, aunque algunos flujometros ultrasónicos pueden ofrecer una relación de reducción excepcional, como nuestro compacto flujometro ultrasónico en línea DUK con una relación de reducción de 250:1, que puede manejar una amplia gama de flujos diferentes dentro de una misma aplicación. Si el flujo de su aplicación varía mucho, un flujometro ultrasónico puede ser una mejor opción.

Otro aspecto en el que los flujometros ultrasónicos destacan sobre los magnéticos es que están disponibles en versiones no intrusivo que pueden suponer un gran ahorro de costes para instalaciones de aplicaciones de gran diámetro. También pueden trabajar con medios cuyas características pueden no ser compatibles con los flujometros en línea o la tecnología magnética. Los modelos no intrusivo también ofrecen la ventaja de no entrar en contacto con el medio y pueden medir medios que otras tecnologías no pueden medir.

¿Cómo se instala un flujometro ultrasónico?

La instalación de un flujometro ultrasónico depende del tipo de flujometro ultrasónico. Si se trata de una versión en línea, el flujometro deberá instalarse en el sistema de tuberías mediante conexiones bien selladas. La instalación de un flujometro ultrasónico en línea requiere que también preste atención a los requisitos de distancia aguas arriba y aguas abajo. Los flujometros ultrasónicos deben instalarse con el mayor espacio posible respecto a cualquier objeto que pueda perturbar el perfil del flujo. Aunque puede instalarlos tan cerca como cinco veces la longitud del medidor en la tubería, puede dar lugar a imprecisiones adicionales. Consulte siempre el manual de instalación de su modelo específico de flujometro, ya que los requisitos pueden variar. Por ejemplo, nuestro flujometro ultrasónico DUK en línea requiere 10x tanto aguas arriba como aguas abajo.

La instalación de un flujometro ultrasónico no intrusivo es mucho más sencilla y es una de las ventajas que impulsan su creciente popularidad. Los transmisores se fijan a la circunferencia externa de la tubería mediante flejes de diversos tipos. En el caso de los flujometros ultrasónicos no intrusivos, la clave para una buena instalación es asegurarse de que la tubería a la que se fija tiene unas propiedades acústicas que permitan que el principio ultrasónico de medición funcione correctamente.

Directrices de instalación para flujometros ultrasónicos en línea

• Consulte siempre el manual del producto para su flujometro exacto
• Mantenga el flujometro libre de cargas extremas, como golpes de ariete con fuertes movimientos dinámicos de las tuberías, vibraciones en la proximidad de bombas centrífugas, medios a alta temperatura, inundaciones, etc.
• Retire todos los materiales de embalaje y retenes de transporte y asegúrese de que no quedan en el aparato.
• Si el cuerpo de flujo lleva impresa una flecha, oriéntela en la dirección del flujo
• Evite la presión y la carga de tracción
• Evite válvulas o grandes reducciones de tubería en el lado de entrada
• No exceda los pares de apriete recomendados al instalar el contador

Directrices de instalación para flujometros ultrasónicos no intrusivo

• Consulte siempre el manual de su flujometro.
• Asegúrese de que el material de la tubería, al que se fijarán los transductores, puede transportar ondas ultrasónicas.
• Los transductores deben estar separados entre sí a una distancia determinada. Esto puede hacerse mediante una medida o una barra espaciadora de fábrica.
• Para fijar los transductores, se recomienda utilizar una pequeña cantidad de grasa de acoplamiento entre la tubería y el transductor, si éste no lleva ya una lámina de acoplamiento.
• Las correas/cadenas de sujeción deben ejercer muy poca presión sobre el transductor. No apriete demasiado las correas y comprometa el transductor.
• Asegúrese de que la zona de instalación dispone de suficientes tuberías rectas antes y después de los transductores. Estos requisitos pueden variar, el nuestro es 10x de entrada y 3x de salida.
• Para tuberías horizontales, es mejor montar los transductores en la posición de las 10 o las 2 en punto de la tubería para evitar la influencia de las burbujas de gas en la parte superior de la tubería y la influencia de la sedimentación en la parte inferior de la tubería.
• Siga el diagrama de cableado específico para su medidor cuando ponga en marcha el sistema electrónico.

Precio del flujometro ultrasónico

Los precios de los flujometros ultrasónicos dependen de un par de variables. Una es el tipo de instalación, en línea o con pinza, y la otra son las características del medidor específico que se necesite. En general, los precios de los flujometros ultrasónicos son similares a los de tecnologías similares, como los flujometros magnéticos. Los flujometros ultrasónicos suelen ser más caros que los de tipo mecánico que no emplean medios de medición sofisticados, como los conocidos flujometros de área variable.

Para líquidos no conductivos, los flujometros ultrasónicos son una buena alternativa a los magnéticos en cuanto a precisión y precio, ya que los magnéticos requieren líquidos conductivos para funcionar. Dependiendo de las características de determinados medios, los flujometros ultrasónicos pueden situarse en primera línea como una buena solución.

Donde realmente pueden brillar los precios de los flujometros ultrasónicos es en las aplicaciones de gran calibre, en las que son compatibles los modelos no intrusivo. Como no requieren una cantidad significativa de material para crear un cuerpo de flujo gigante, son más baratos de fabricar. También cuestan mucho menos de transportar, ya que el tamaño de un flujometro de gran diámetro suele requerir un transporte especial en palé y los flujometros ultrasónicos con pinza caben en un transportador del tamaño aproximado de un maletín, como nuestro flujometro ultrasónico con pinza DUC. Los flujometros con pinza también aportan valor porque no requieren la parada del sistema para su instalación y no conllevan grandes costes de instalación, ya que simplemente se fijan al exterior.

Interruptor de flujo ultrasónico

Los interruptores de flujo ultrasónicos se encuentran normalmente en los flujometros ultrasónicos y rara vez son unidades independientes que no incluyen la capacidad de supervisión del flujo que se obtiene con un flujometro. Aunque hay otras tecnologías de flujometros que ofrecen interruptores de flujo que no son flujometros completos, como la tecnología de rotámetro variable, el coste de construir un instrumento ultrasónico no suele justificarse por un simple interruptor. Si necesita un interruptor de flujo ultrasónico, busque un flujometro ultrasónico que tenga un interruptor de flujo integrado u ofrezca un interruptor de flujo opcional.

Sensor de flujo ultrasónico

"Sensor de flujo ultrasónico" es un término general para cualquier instrumentación de flujo que detecta y detecta el flujo. Se suele utilizar en lugar del término "flujometro ultrasónico", aunque "flujometro ultrasónico" es mucho más común. Como la mayoría de los flujometros ultrasónicos sólo se encuentran como parte integrante de un flujometro, el término "flujometro" también puede referirse indirectamente a un flujometro integral. Si busca un "sensor de flujo ultrasónico", puede encontrar más opciones de productos buscando un "flujometro ultrasónico".

Fabricantes de flujometros ultrasónicos

KOBOLD se enorgullece no sólo de fabricar flujometros ultrasónicos como nuestro modelo DUK en línea, sino que también vendemos y apoyamos nuestros productos, a diferencia de muchos otros fabricantes. Debido a nuestra filosofía de que el cliente importa tanto como el producto, somos bien conocidos en la industria por nuestra extendida, excepcional y consistente experiencia en servicio al cliente. Si bien hay muchas empresas que fabrican flujometros ultrasónicos, creemos que la experiencia y el apoyo que ofrecemos hacen de nuestros medidores uno de los mejores valores en el mercado.