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Medición de flujo por ultrasonido

Muchas veces leemos sobre flujómetros ultrasónicos, sin detenernos a distinguir entre los diferentes principios de funcionamiento que encierra dicha denominación. En este artículo, revisamos las principales tecnologías de ultrasonido que permiten medir el caudal.

El término “ultrasonido” (o “ultrasónico”) puede darnos la idea que estos equipos trabajan con ondas de sonido; sin embargo, no nos indica el método por el que el flujómetro obtiene la medición del caudal. Esta tarea puede realizarse por uno de dos métodos: i) por efecto Doppler; ii) por tiempo de tránsito de señal.


Método del efecto Doppler

Un flujómetro que opera con el método Doppler, utiliza el efecto que se produce cuando una secuencia de ondas de sonido choca contra un objeto en movimiento. A modo de ejemplo, es similar al sonar que emplea un submarino para detectar el movimiento de las naves que están en su cercanía.

Los flujómetros de efecto Doppler usan este principio: un incremento (o una disminución) de la frecuencia de las ondas sonoras a medida que aumenta o disminuye la distancia entre una fuente sonora y un receptor. Por lo tanto, una condición previa para que estos dispositivos puedan usarse es que el fluido contenga partículas, burbujas de gas u otras sustancias similares, que reflejen las ondas de sonido.

Para su funcionamiento, el flujómetro de efecto Doppler requiere dos sensores: el primero emite una señal de ultrasonido que se desplaza por el flujo en las partículas o burbujas que este contiene, mientras que el segundo recibe la onda de sonido reflejada en dicha partícula. La variación producida en la frecuencia del haz de ondas sonoras reflejadas es directamente proporcional a la velocidad de las partículas o burbujas del flujo en movimiento. Se asume que la velocidad de las partículas o burbujas de gas es la misma que la velocidad del fluido.


Método del tiempo de tránsito de la señal

Este método se basa en el hecho que la velocidad del fluido influye directamente en la velocidad de propagación de las ondas sonoras en el fluido (a mayor velocidad del fluido, mayor será el tiempo que se demore una onda de sonido en viajar de un punto a otro si lo hace en sentido contrario al fluido).

Dos sensores instalados en la tubería emiten y reciben impulsos de ultrasonidos simultáneamente. A “caudal cero”, ambos sensores reciben las ondas sonoras transmitidas al mismo tiempo, es decir, sin ningún retardo en los tiempos de tránsito de la señal. Sin embargo, con un fluido en circulación, las ondas sonoras procedentes de cada sensor necesitan intervalos de tiempo distintos (dependencia en el caudal) para llegar al otro sensor. Si la distancia entre los dos sensores es conocida, la diferencia en los tiempos de tránsito de la señal es directamente proporcional a la velocidad del fluido.


Ventajas

La principal ventaja que ofrecen estos equipos es que no son invasivos, porque no requieren intervenir los ductos o paralizar las operaciones de producción para instalar el flujómetro.

Se pueden emplear con diámetros nominales muy pequeños (desde 15 hasta 6.000 mm/desde 1/2 hasta 160”).

Permiten medir fluidos muy corrosivos sin que haya contacto directo.

No experimentan pérdidas de carga.

Son equipos que tienen una larga vida útil si son cuidados adecuadamente.

Pueden operar sobre cualquier tipo de fluido, ya que el principio de medición aplica a todo tipo de líquidos, en tanto estos tengan una composición homogénea.

Como desventaja, debemos señalar que están expuestos a que sustancias no deseadas en el caudal provoquen fallas del equipo y errores de la medición.


Artículo gentileza de Veto. / www.veto.cl
Mayo 2018
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