En muchos aspectos, la medición de flujo de líquidos y gases es similar, excepto por un aspecto que hace a ambas muy distinto: la compresibilidad de los gases. Se denomina así al efecto causado por las variaciones de presión y temperatura en el volumen ocupado por un gas. Este comportamiento se describe con la ley de los gases ideales:

En donde:
P: Presión absoluta
V: Volumen ocupado por el gas
M: Masa del gas
R: Constante universal de los gases
T: Temperatura absoluta
PM: peso molecular del gas

La compresibilidad de los gases hace que un metro cúbico de gas tenga una masa muy distinta en distintas condiciones:

• Un m3 de aire a 100 bar(a) y 40 0C tiene una masa de 112 kg. Si las condiciones de presión y temperatura cambian, el peso del aire contenido en un m3 también cambia.

• Un m3 de aire a 1,013 bar(a) (equivalente a 1 ata) y 0 0C tiene una masa de 1,3 kg.

• Un kg de aire tiene una masa de 1 kg.

Por lo tanto, si expresamos un flujo de gas en kg/h, la masa de gas a la que nos referimos por unidad de tiempo queda claramente definida. En cambio si utilizamos una unidad de volumen por unidad de tiempo (como m3/h), esta información es insuficiente para determinar la masa de gas por unidad de tiempo, y se hace imprescindible aclarar las condiciones a las que el volumen está determinado. En este sentido, existen dos opciones:

• Expresar el volumen de gas por unidad de tiempo en las condiciones reales de flujo. La dificultad de esta medición es la difícil comparación de flujos, incluso en la misma aplicación, ya que frente a una variación de presión y/o temperatura el flujo variaría.

• Expresar el volumen de gas por unidad de tiempo en condiciones de referencia: en este caso, expresamos el volumen a presión y temperatura fijadas arbitrariamente y utilizadas como referencia. Esta presión y temperatura no guardan ninguna relación con las de flujo. Una condición de referencia típica es 1 atmósfera absoluta y 00C, y es conocida como condición normal, expresando el flujo en normal metros cúbicos hora (Nm3/h).

¿Qué tipos de flujómetro requieren compensación por presión y temperatura?

Analizando los distintos tipos de flujómetro, se pueden concluir ciertas combinaciones típicas. Es necesario afirmar primero que la mayor parte de los usuarios requieren medir flujo volumétrico normalizado o flujo másico, y que es muy poco frecuente medir volumen en condiciones de flujo. Con esta consideración, las combinaciones más típicas son:

• Medidor volumétrico con compensación de presión y temperatura. Estos flujómetros determinan la velocidad de flujo del gas. Esta velocidad, multiplicada por la sección de flujo, determina el flujo volumétrico en condiciones de flujo del gas. Un caso típico es el vortex. La compensación puede ser realizada con valores fijos si la presión y la temperatura son estables dentro de los márgenes de error pretendidos, o pueden requerir medidores específicos.

• Másicos (por ejemplo, flujómetros tipo coriolis o tipo dispersión térmica). Estos flujómetros determinan directamente el flujo másico de gas que circula. Por tal motivo, variaciones de presión o temperatura de flujo no variarán el flujo medido, expresado en masa o en unidades volumétricas en condiciones normalizadas.

• Medidores por principio de Bernoulli. La ecuación de Bernoulli corresponde a la ley de conservación de la energía aplicada a fluidos en movimiento. Existen numerosas ecuaciones derivadas del principio de Bernoulli. Por ejemplo, la ecuación de la ASME para medición de flujo de gases y líquidos con placas orificio es:

Estos flujómetros requieren compensación de presión y temperatura, realizada con valores fijos si la presión y la temperatura son estables dentro de los márgenes de error pretendidos, o con medidores específicos.

Presión y temperatura absolutas: un error común

La presión y la temperatura deben expresarse como absolutas (p.ej., bar (a) y 00K). Sin embargo, es un error muy frecuente expresarlas como relativas, en particular con la presión. Para aclararlo, nos explayaremos en la diferencia entre presión absoluta y manométrica.

La mayor parte de los medidores de presión miden la presión el exceso sobre la presión atmosférica, conocida como presión manométrica, y se cumple que:

La presión absoluta puede determinarse de dos formas:

• Utilizando un transmisor de presión absoluta.

• Utilizando un transmisor de presión manométrica y sumándole la presión atmosférica.

Para tomar la decisión sobre si utilizar transmisores de presión absoluta o manométrica, es relevante entonces analizar el error surge de usar un transmisor de presión manométrica. Este error nace de considerar la presión atmosférica como una constante, cuando en realidad es una variable. Surgen entonces dos fuentes típicas de error:

• Considerar la presión atmosférica constante, e igual a una atmósfera. Este error será mayor cuanto mayor sea la altura de la localidad.

• Hecha la corrección arriba indicada, queda una segunda fuente de error, que es la variación de la presión atmosférica respecto de la media de la localización.

Por debajo de 7 bar (g), la compensación de flujo de gas por presión requiere un transmisor de presión absoluta. Por encima de ese valor, puede utilizarse un transmisor de presión manométrica, al cual se le suma la presión atmosférica media de la localidad en que se realiza la medición.