Libro Medición Caudal Español

Medición de caudal
Guía práctica:
Tecnolog ías de medición – Aplicaciones – Soluciones
Participantes
E ditor E ndress+H auser Flowtec AG , C H - 4153 Reinach/ BL

Autores M atthias Altendorf Ulrich Leardi
Dr. Peter Berrie Dr. Helga Linnartz
Hege Bjönnes Jason Metcalfe
Finn Bloch Jensen Andres Plüss
Frank Bonschab Hans Pohl
Michael Carr François Prautois
Marco Colucci John Salusbury
Dr. Aline Cossy Dieter Schaudel
Utz Dette Andreas Schindler
Walter Eckert Matthias Schürch
Harald Freimark Oliver Seifert
Dr. Richard Furness Rolf Sonderkamp
Bernhard Gerdes Dr. Wilhelm Staudt
Heinz Häfelfinger Kilian Stern
Michael Herzog Daniel Tschopp
Dr. Gerhard Jost Jürg Wyss
Coordinador de edición Thomas Stauss
Equipo de edición Walter Eckert Beat Stocker
Heinz Häfelfinger Mike Touzin
Ulrich Leardi Daniel Tschopp
Christoph Schläpfer Peter Tschabold
Supervisores técnicos Dr. Richard Furness, Paul Bloomer, Matthew Hull
Emmanuelle Perrier (Endress+Hauser España)
Diseño de cubierta Marie-Claire Saner
Ilustraciones Endress+Hauser
Compaginación Thomas Stauss
I mpresor Accent G raphic
Título original Flow Handbook
Traductor Traducciones Técnicas de
Ingeniería Metzger - Barcelona
Procedencia de las imágenes Endress+Hauseras(limágenes de cualquier otra procedencia
se indican explícitamente en el texto)
Medición de caudal, 2ª edición española 2011, completamente revisada
ISBN 3-9520220-5-5
© Copyright 2011 por: Endress+Hauser Flowtec AG, CH-4153 Reinach/BL
Todos los derechos reservados. Esta obra está prot
egida en su totalidad por las leyes del copyright.
Queda prohibido cualquier uso de ésta que quebrante las leyes del copyright sin el permiso expreso
del editor. La duplicación, trad
ucción, microfilmación, grabación y procesamiento de esta obra o
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Depósito legal: B-32045-05

Flow-esTOC.fm Page 3 Monday, January 3, 2011 9:26 AM
E+H Medición de caudal Índice de contenidos
Índice de contenidos
Prefacio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1 Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
Historia de la medición de caudal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
Aspectos generales de la medición de caudal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
Mercados para los caudalímetros, hoy y mañana . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2 Terminología de caudal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
La naturaleza de un caudal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
Rozamiento en la tubería . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
Viscosidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
Número de Reynolds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
Perfiles de flujos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
Capas límite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
Otras propiedades de los fluidos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
Leyes de los gases, volúmenes estándar y caudales másicos de los gases . . . . . 37
Terminología de los procesos de medición de caudal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
Flujos bifásicos y cavitación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
Flujo en canales abiertos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
3 Principios de medición de caudales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

Principios de medición – una ojeada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
Caudalímetros de presión diferencial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
Caudalímetros de sección variable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
Caudalímetros volumétricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
Contadores de turbina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
Caudalímetros Vortex . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
Caudalímetros electromagnéticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
Caudalímetros ultrasónicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
Caudalímetros másicos Coriolis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
Caudalímetros másicos térmicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
Canales abiertos / Tuberías sólo parcialmente llenas . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158
Otros principios de medición . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175
3
Índice de contenidos E+H Medición de caudal
4 Aplicaciones especiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189

Transmisores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190
Caudalímetros de inserción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
Aplicaciones de llenado y dosificación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204
Suministro de combustibles a vehículos automóviles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212
Caudales pulsantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215
Custody Transfer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219
Medición de caudal en la industria alimentaria. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225
Aplicaciones farmacéuticas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233
Medición de energía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236
Medición de caudal másico de gas y vapor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240
Medición de densidad (Principio Coriolis) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244
Medición de viscosidad (Principio Coriolis) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248
Fluidos problemáticos (con gases/sólidos) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251
Corrosión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253
5 Instalación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257
Orígenes de los efectos de instalación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 258
Efectos dinámicos del fluido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259
Efectos mecánicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263
Otras influencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271
Instalación eléctrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274
Lista de comprobaciones de instalación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276
6 Funcionamiento y mantenimiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279

Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280
Funcionamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281
Mantenimiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283
Planes de mantenimiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285
7 Elección de caudalímetros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293

Algunos comentarios introductorios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294
Definición de la aplicación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295
Elección del caudalímetro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297
Elección según las propiedades del fluido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 300
Selección según el tipo de instalación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301
Selección según las condiciones del entorno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302
Selección según criterios económicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 304
4
E+H Medición de caudal Índice de contenidos
Selección según las características técnicas del contador . . . . . . . . . . . . . . . . 307

Selección según la relación optimización / coste de tenencia en propiedad . . 310
Guía de selección para aplicaciones en canales abiertos . . . . . . . . . . . . . . . . 313
El programa Applicator de diseño de especificaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . 320
8 Normas estándares y certificados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 323

Normas estándares de medición de caudal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 324
Seguridad del producto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 329
Marca CE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 330
Compatibilidad electromagnética (EMC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 332
Protección ambiental (IP, NEMA) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 337
Protección contra riesgo de explosiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 343
Seguridad Funcional (SIL: Safety Integrity Level) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 361
Directivas para los equipos de presión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 367
Custody Transfer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 371
Industrias alimentaria y farmacéutica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 372
Estándares relativos a las bridas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 374
Tuberías y accesorios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 377
9 Comunicaciones digitales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 379

Desarrollos en automatización . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 380
Protocolo HART . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 384
Sistemas de bus de campo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 388
PROFIBUS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 390
FOUNDATION Fieldbus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 393
10 Calibración y verificación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 397

Algunos comentarios introductorios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 398
Métodos de calibración . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 400
Acreditación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 403
Estándares internacionales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 403
Trazabilidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 404
Incertidumbre de la medición . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 406
Calibración en campo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 407
Verificación de los caudalímetros de campo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 409
5
Índice de contenidos E+H Medición de caudal
11 Apéndice – Diagramas – Tablas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 411

Hoja de datos “Especificaciones del contador” . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 412
Características de ejecución de los caudalímetros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 413
Velocidad del fluido – caudal (DN 1 a 125 / 0,04 a 5") . . . . . . . . . . . . . . . . . 417
Velocidad del fluido – caudal (DN 100 a 2.000 / 4 a 80") . . . . . . . . . . . . . . . 418
Frecuencia de formación de vórtices en líquidos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 419
Frecuencia de formación de vórtices en gases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 419
Diagrama de Mollier (unidades del SI) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 420
Diagrama de Mollier (unidades EE.UU.) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 421
Velocidades del fluido en aplicaciones de vapor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 422
Caudales de vapor saturado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 423
Número de Reynolds – velocidad del fluido – viscosidad . . . . . . . . . . . . . . . . 424
Viscosidad cinemática – temperatura (líquidos) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 425
Viscosidad cinemática – temperatura (gases) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 426
Tabla de conversiones: viscosidad dinámica / cinemática . . . . . . . . . . . . . . . 427
Propiedades físicas de algunos gases. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 428
Densidad y presión de algunos gases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 429
Propiedades físicas del agua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 430
Pérdidas de carga en tuberías rectas de DN 25 a 500 (1 a 20") . . . . . . . . . . . . 431
Pérdidas de carga en tuberías rectas de DN 80 a 1.000 (3 a 40") . . . . . . . . . . 432
Factores de corrección de los valores de rugosidad de las tuberías(k ≠ 0,1mm) . 433
Valores de la rugosidad (k) para algunos materiales y tipos de tubería . . . . . . . 434
Longitudes de tubería equivalentes para diversas válvulas y accesorios . . . . . . 435
Velocidad del fluido económica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 436
Lista de resistencia a la corrosión para algunos materiales. . . . . . . . . . . . . . . . 437
12 Bibliografía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 447
13 Índice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 451
6
Flow-es-foreword.fm Page 7 Monday, January 3, 2011 9:28 AM
E+H Medición de caudal Prefacio
Prefacio
Endress+Hauser se fundó hace exactamente 50 años, por lo que nuestra satisfacción por
la publicación este año de esta edición completamente revisada del “Manual de
caudalimetría” es aún mayor. Esta obra, como su nombre indica, es una guía de consulta
para la medición de caudales industriales.
La obra ha sido concebida y confeccionada como un texto de referencia que ayudará a
nuestros clientes y amigos a comprender más a fondo cómo funcionan realmente los
caudalímetros que emplean. Con esta intención, se ha intentado al máximo evitar las
explicaciones teóricas que subyacen a los principios de medición, aunque se ha hecho
allí donde se ha considerado necesario.
La medición de caudales se ha venido llevando a cabo durante siglos. Sin embargo, la
mayoría de los principios que aplicamos hoy en día son el resultado del progreso y la
evolución tecnológica que tuvieron lugar durante solamente los últimos cincuenta años,
aproximadamente. El microprocesador ha imperado en todos los desarrollos recientes. El
software y los microprocesadores se han convertido en una parte integrante de los
caudalímetros modernos; la explotación del potencial del procesamiento digital de señales
y de las capacidades de comunicación a alta velocidad de éstos han aportado a la medición
de caudales una flexibilidad y una calidad incomparables. Hoy en día, apenas hay aspectos
de la ingeniería de procesos, de hecho no quedan redes de suministro de fluidos o gases
en ninguna parte del mundo, que puedan ser controladas y supervisadas sin el uso de
caudalímetros.
Puede que sorprenda al lector saber que más de 1.000 empresas distribuidas por todo el
mundo se dedican al negocio del diseño y la comercialización de caudalímetros de todos
los tipos y tamaños. Las tecnologías que éstos emplean son de lo más variadas. El número
de caudalímetros vendidos cada año se cuenta en millones. La tendencia ha sido de
crecimiento constante durante las últimas décadas, por lo que resulta fácil imaginarse
cuántos de estos dispositivos funcionan, un día sí y otro también, en todos los rincones
del planeta. Los recursos de agua del planeta disminuyen, los procesos productivos
devienen cada vez más sofisticados, y los procesos logísticos cada vez más
automatizados. Los caudalímetros continuarán, por ello, teniendo un papel muy
importante en el complejo mundo del siglo XXI. Estos dispositivos son fundamentales
para la protección del medioambiente y el control de la calidad, la gestión de procesos y
el intercambio de bienes. Por todas estas razones hemos decidido crear un manual de
consulta práctico comprensible, que presente todas las técnicas empleadas en este campo
y que sea una herramienta útil para nuestros numerosos amigos y clientes. En línea con
esta exigencia, el libro abarca todos los principios relevantes de la medición de caudales,
con independencia de que los instrumentos que nosotros – Endress+Hauser – fabricamos
estén basados o no en dichos principios.
7
Prefacio E+H Medición de caudal
La función de un caudalímetro es registrar el caudal de fluido que pasa por una tubería o
por un canal abierto. El fenómeno del flujo de un fluido en tuberías o canales está lejos de
ser simple. En su complejidad influyen una gran variedad de propiedades específicas del
medio como tal, y una gran cantidad de parámetros de proceso.
El control del flujo sanguíneo por las estrechas arterias humanas podría representar uno
de los extremos del campo de aplicaciones. En el otro extremo de esta escala podría estar
la tarea de medir el caudal de los ríos más importantes de nuestro planeta. Ambos casos
representan igualmente un caudal líquido. Cuando se trata de medir caudales de grano,
lodos minerales o gases tóxicos intervienen además otros factores. Es, pues, apenas posible
hacer una estimación general del abanico de tecnologías y materiales que van a ser
necesarios para alcanzar los enormemente diferentes requisitos que caracterizan el sector
de la medición de caudales.
La modelización por ordenador y el procesamiento de datos han contribuido
enormemente a nuestro conocimiento de los fluidos en los últimos años. Muchas
cuestiones continúan, no obstante, sin respuesta, particularmente en relación con la
influencia recíproca entre el contador y el fluido. Cualquier tipo de contador se ve afectado
en mayor o menor medida por el fluido y por el proceso en el que se emplea. La medición
en aplicaciones industriales no puede ofrecer resultados satisfactorios a menos que se base
en una comprensión bien fundada de cómo operan los caudalímetros bajo conjuntos
específicos de condiciones.Este aspecto principal surge una y otra vez a lo largo de este
manual, y en cada ocasión se trata con simplicidad, pero a fondo.
Sobre los contenidos de este manual

Hemos intentado emplear un método lógico en nuestra aproximación a la materia objeto
de este manual. El punto de vista inicial introduce todo el abanico de contadores de caudal
en términos generales – incluida su historia e ingeniería – y continúa con secciones
específicas dedicadas a los principios en que se basan los métodos de medición
particulares. La teoría pura se introduce sólo cuando es absolutamente necesario para
reforzar conceptos y principios. Por el contrario, nos hemos centrado en los conceptos
básicos que permitirán al lector advertir las razones que llevaron a desarrollar un
instrumento particular, cuáles son sus puntos fuertes y cuáles sus limitaciones de uso.
El capítulo que trata de fluidos es notablemente más extenso que en la edición anterior
porque en él se explican nociones que van a resultar importantes en el resto del libro.
Los capítulos dedicados a los diversos principios de medición empleados en la medición
de caudales y las aplicaciones particulares son el auténtico núcleo de este manual de
consulta. En ellos se discuten con detalle sus ventajas y desventajas, así como las áreas de
aplicación específicas. Cada capítulo individual concluye con una sección de respuestas a
las preguntas más frecuentes relevantes para cada una de las técnicas de medición.
8
E+H Medición de caudal Prefacio
La sección “Instalación” es completamente nueva. Los contadores se ubican a menudo en

situaciones que están lejos de ser la ideal. En este capítulo se expone la importancia y la
trascendencia a largo plazo de una correcta instalación. A la instalación siguen la puesta
en marcha y el trabajo de mantenimiento y servicio asociados, y las responsabilidades
cotidianas de los técnicos de servicio y los operadores de planta. Este aspecto se discute
también en profundidad en esta edición del manual de caudalimetría.
En el capítulo que trata de cómo seleccionar los caudalímetros, nuestros autores han
logrado discernir lo esencial de una materia extremadamente compleja y de vasto alcance.
Sus comentarios comprenden además los requisitos especiales derivados de aplicaciones
difíciles y exigentes.
También tenemos un capítulo cuidadosamente revisado sobre leyes, regulaciones y
certificados, y en general, legislación aplicable al campo de la medición de caudales o que
afecta a los caudalímetros como tales. Este es un valioso capítulo de referencia, con tablas
de estándares para sistemas de tuberías, bridas y contadores y listas de estándares que
afectan al diseño de los caudalímetros modernos. El libro concluye con una discusión
acerca de los principales estándares de comunicación y el calibrado de caudalímetros. El
apéndice contiene una gran cantidad de tablas y nomogramas para referencia y trabajo
práctico.
El Manual de caudalimetría es el producto de dos años de planificación y trabajo duro por
parte de un equipo de especialistas comprometidos que abarca todo el ámbito de los
caudalímetros y la medición de caudales. No queremos desaprovechar esta oportunidad
para agradecer a todo el equipo y a cada uno de los autores de Endress+Hauser sus
esfuerzos y su cooperación. Queremos agradecer en especial al Dr. Richard Furness su
ayuda en la edición y sus artículos en un amplio espectro de materias. Éstos han sido de
gran ayuda, pues contienen la rica experiencia que el Dr. Furness ha alcanzado en muchos
cargos, incluido el de técnico consultor de las Naciones Unidas.
También nos gustaría dar las gracias a las muchas instituciones y personas no
directamente relacionadas con Endress+Hauser de las cuales hemos recibido ayuda y
apoyo en el curso de este proyecto de autoría. En particular, agradecemos al Dr.
Hanspeter Hodel (Oficina federal suiza para el Medio Ambiente, FOEN, Berna/CH), a la
Sta. Franziska Schmid (Instituto federal suizo para la investigación en bosques, nieve y
paisajes, WSL, Birmensdorf/CH), al Sr. Dominik Hunger (Biblioteca de la Universidad de
Basilea/CH), al Sr. Reto Kerle (KKL Leibstadt/CH), al Sr. Andreas Zirngibl (KEM
Küppers‚ Karlsfeld am München/D), al Sr. Michael Junkermann (Invensys Metering
Systems GmbH, Ludwigshafen/D), al Sr. Curt Burnett (SeaMetrics Inc., Kent -
Washington/USA), al Prof. Dr. Volkmar Neubert (Instituto para la prueba de materiales
y la ingeniería de materiales), al Dr. Dölling & Neubert GmbH (Clausthal-Zellerfeld/D),
a la Srta. Tanja Grauwiler (Aquametro, Therwil/CH) y al Sr. Fabian Waltz (Vögtlin
Instruments AG, Aesch/CH).
9
Prefacio E+H Medición de caudal
Como ya mencionamos en la primera línea, esta edición del “Manual de caudalimetría”

aparece en el 50 aniversario de Endress+Hauser. Por ello desearíamos dedicar este
“Manual de caudalimetría” al fundador de nuestra compañía, el Dr. Georg Endress.
Puntal principal de la cultura corporativa del Grupo E+H durante décadas, fue él quien
formuló el objetivo hacia el cual nos afanamos, a saber: “proporcionar a nuestros clientes
de todo el mundo tecnología de medición y automatización en los más altos estándares de
calidad”. Además de la instrumentación, esto incluye cada vez más servicios como
consultores competentes. Nuestra intención al compilar esta edición del Manual de
caudalimetría ha sido la de atender a este elevado propósito.
¡Disfrute su lectura!
Dr. Gerhard Jost
10
Flow-es-introduction.fm Page 11 Monday, January 3, 2011 9:29 AM
1
Introducción 1
1. Introducción
Historia de la medición de caudal E+H Medición de caudal
Historia de la medición de caudal

¿Quién pensó por primera vez en una medición de caudal y la llevó a cabo? Seguramente
no lo sabremos nunca, pues nos remontamos a muchos siglos atrás. El reloj de arena, por
ejemplo, que se empleaba como medida de tiempo, es un caudalímetro a la inversa, puesto
que un volumen conocido de partículas sólidas que fluye por una área de sección fija es
una medida de tiempo. Este ejemplo nos lleva a retroceder a fechas realmente muy
antiguas.
El primer sistema de medición de caudal primitivo documentado consistía en una
rudimentaria forma de vertedero que se utilizaba en el antiguo Egipto hace 3.000 años.
También sabemos por los textos antiguos que Hero de Alejandría escribió algunas notas
acerca de la medición del caudal de una catarata en el año 150 a.C., y se documentan
además algunas observaciones de Frontinus (Roma en el 75 d.C.). En sus escritos, este
autor comenta que algunos ciudadanos de Roma habían habilitado tubos de descarga en
sus tuberías de suministro de agua para reducir la fricción y así incrementar el caudal.
Puesto que el agua se pagaba según el volumen consumido, ¡éste es el primer intento de
defraudar escatimando las aguas públicas! En la China antigua también se tenían
conocimientos de hidráulica y sus enormes redes de riego estaban dotadas de estructuras
de control que permitían verter en cada campo la cantidad de agua correcta.
No hay mucho más documentado entre los tiempos del Imperio romano y el siglo XV,
cuando, en la última mitad de dicho siglo, Leonardo Da Vinci (1452–1519) empezó a
estudiar una gran cantidad de fenómenos científicos. Él fue el primero en observar la
formación y desprendimiento de remolinos y el primero en hallar una relación matemática
entre la altura hidráulica y la velocidad del flujo. A partir de sus propias observaciones del
comportamiento de fluidos en canales abiertos y su dinámica, diseñó canales y estructuras
portuarias por todo el norte de Italia a principios del siglo XVI. Aunque es más conocido
por sus logros en el mundo del arte, Da Vinci fue también un sobresaliente matemático,
historiador e ingeniero, y una de las personas con más talento que jamás hayan vivido.
Casi un siglo más tarde, Torricelli (1608–1647) llevó a cabo varios experimentos de
descarga de tanques, que serían la base de la teoría de la medición de diferenciales de
presión.
El siglo XVIII produjo dos grandes pioneros de la materia: Daniel Bernoulli (1700–1782)
y Leonard Euler (1707–1783). Ambos estuvieron en la renombrada Escuela de Física de
la Universidad de Basilea. Veremos en el Capítulo 2 que la ecuación de Bernoulli que
relaciona la velocidad de flujo y la presión es uno de los principios fundamentales de la
mecánica de fluidos y que la ecuación de Euler tiene amplias aplicaciones en
turbomaquinaria. Por la misma época, Poleni, en la Universidad de Pádua, en Italia,
estableció los fundamentos de la descarga en orificios.
Henri Pitot describió en 1732 un dispositivo de detección de la velocidad del agua para
aplicaciones en navegación. Darcy, en Inglaterra, lo desarrolló casi hasta su forma actual
un siglo más tarde. Otros personajes relevantes en este campo durante el siglo XVIII
12
1. Introducción
E+H Medición de caudal Historia de la medición de caudal
fueron Venturi, en Italia, y Woltmann, en Alemania. Hoy, dos tipos de caudalímetros

llevan orgullosos sus nombres (Woltmann es una forma de medición mecánica
inferencial).
Fig. 1: Daniel Bernoulli publicó “Hydrodynamica” en 1738; este fue el primer trabajo sustancial que trató
el campo de los fluidos. En este libro, además, Bernoulli acuñó el término “hidrodinámica”.
Foto por cortesía de: Biblioteca de la Universidad de Basilea (CH).
En la primera parte del siglo XIX, Michael Faraday llevaba a cabo experimentos en
magnetismo y en 1832 estableció los principios del actual caudalímetro magnético. La
segunda mitad del siglo XIX logró grandes avances con Kent, Herschel, Siemens, Tylor,
Hersey y Kennedy (todos estos nombres, asociados a empresas de medición de caudales
del pasado). Los tubos de Venturi fueron desarrollados hasta su actual forma moderna y
hallaron una amplia utilidad en redes de suministro de aguas en todo el mundo.
A principios del siglo XX, los caudalímetros de uso comercial incluían caudalímetros de
propulsión mecánica, caudalímetros por desplazamiento, y tubos de Pitot y de Venturi. La
Figura 2 muestra que los tubos de Venturi fueron desarrollados a finales del siglo XIX.
La placa de orificios aún estaba por desarrollar en ese momento, aunque apareció una
primera forma rudimentaria en un sistema de tuberías de Ohio en 1890. Ingenieros
alemanes e ingleses tomaron este dispositivo en 1915 y lo modificaron hasta casi su diseño
actual. En 1932, el profesor Sam Beitler llevó a cabo en EE.UU. los experimentos
definitivos en caudalímetros con placa de orificios, que hoy constituyen la base del bien
conocido estándar ISO 5167.
13
1. Introducción
Historia de la medición de caudal E+H Medición de caudal
Fig. 2: Tubo de Venturi para la medición del caudal en una tubería de agua, siglo XIX.
Fuente: RODDA, J.T. – Notas sobre suministro de agua, Londres 1898.
La historia de los caudalímetros de sección variable es más oscura, pero parece que data
en torno a 1870. Sobre el año 1900, la empresa Kent Company de Londres fabricaba un
tipo de caudalímetro de sección variable, pero su desarrollo hasta los dispositivos actuales
se dio sobre todo durante la primera parte del siglo XX, en que se venden por miles como
elementos de supervisión simples.
Los contadores de turbina se desarrollaron a principios de los años 40 a partir de los
diseños mecánicos básicos del siglo anterior. Hoy en día se emplean ampliamente como
contadores para facturación y en la calibración de hidrocarburos refinados.
La tecnología general de caudalímetros permaneció estable durante los años 1900–1950, sin
mostrar progresos espectaculares, pero a partir de ese año se produjo una explosión tecnológica
que aportó caudalímetros magnéticos, ultrasónicos, Vortex, hidráulicos, de traza, Coriolis, de
momento hidráulico y de correlación, aparecidos todos ellos en un período de 30 años. Por ello
podemos decir que la medición de caudales es una ciencia relativamente joven, que los
ordenadores y la electrónica digital han transformado en el último siglo.
Fechas de aparición de algunos de los caudalímetro más modernos:
1965 Caudalímetro Vortex
1970 Caudalímetro por efecto Doppler
1977 Caudalímetro másico Coriolis
1978 Caudalímetro por correlación cruzada
14
1. Introducción
E+H Medición de caudal Aspectos generales de la medición de caudal
Aspectos generales de la medición de caudal

El repaso histórico precedente nos ha permitido observar la evolución de muchas de las
tecnologías y los diseños aplicados a la medición de caudales hasta cubrir todo el vasto
campo de aplicaciones. Este campo de aplicaciones abarca desde la medición del caudal
de sangre que circula por las pequeñas arterias de nuestro cuerpo hasta los caudales que
circulan por ríos y canales, desde líquidos criogénicos hasta gases a altas temperaturas, y
desde presiones por debajo de la atmosférica a condiciones de altas presiones en reactores
industriales. Las condiciones de trabajo y el tipo de aplicación dictan a menudo la elección
de una u otra tecnología. La tabla siguiente resume el vasto campo de valores de los
parámetros de trabajo. Éstos se han dividido convenientemente según correspondan a
aplicaciones en tubería cerrada o en canal abierto.
“Condiciones de trabajo” para los caudalímetros
En tubería cerrada
Velocidad del caudal 0,1 g/h a 5.000 t/s (0,0002 lb/h a 5.500 t/s)
Diámetros nominales (diámetro de 0,1 mm a 15 m (0,004 pulgadas a 50 pies)

la tubería)
Presiones Vacío a 3.000 bar (43.500 psi)
Temperaturas –250 a +800 °C (–418 a +1.470 °F)
Fluidos (medio) líquidos, gases, vapor de agua,

mezclas de fluidos
En canales abiertos (canales, ríos, etc.)
Tamaños de línea 50 mm (2 pulgadas) a “tamaño de río”, corrientes

oceánicas y mediciones puntuales
Temperaturas temperatura ambiente normal
Los dos esquemas siguientes presentan los caudalímetros y los métodos empleados para la
medición de caudales de uso habitual hoy en día. Como se puede ver, la mayoría de
caudalímetros miden el volumen de flujo o la velocidad del fluido. Los caudalímetros en
tuberías cerradas – en relación con los canales abiertos – constituyen las aplicaciones
mayoritarias.
15
1. Introducción
Aspectos generales de la medición de caudal E+H Medición de caudal
Medición de caudal (en tuberías cerradas) 70%

Fluidos 65%, gases/mezclas 35%
Volumétrico Másico
Métodos directos Métodos indirectos Métodos directos Métodos indirectos
Medición separada
Desplazamiento positivo Presión diferencial Principio Coriolis
(de Q y ρ)
Cálculo de la masa
Sección variable Efecto térmico (medición por separado
de Q, p, T)
Turbina Sistemas de pesado
Vortex Contadores para sólidos
Electromagnéticos
Ultrasónicos
Dispositivos de inserción
Varios
16
1. Introducción
E+H Medición de caudal Aspectos generales de la medición de caudal
Medición de caudal (en líneas abiertas / canales) 30%

Fluidos 95%, sólidos/lodos 5%
Canales Vertederos Otros métodos
Método velocidad-sección
Parshall Triangulares (en forma de V) (medidor de corriente,
ultrasonidos)
Rectangulares Empleo de métodos de

Palmer-Bowlus
(con/sin restricciones) seguimiento
Khafagi Trapezoidales Electromagnéticos
Medición de niveles
Rectangular
Anchas y elevadas (por ultrasonidos, presión
(con/sin restricciones)
diferencial, flotación, etc.)
Trapezoidales Compuestas Contadores para sólidos

(con/sin restricciones) (de sección múltiple)
De borde afilado
Canales especiales
(vertederos de plataforma)
Vertederos especiales
17
1. Introducción
Mercados para los caudalímetros, hoy y mañana E+H Medición de caudal
Mercados para los caudalímetros, hoy y mañana

El primer manual de caudalimetría de E+H se publicó en 1984. Una mirada retrospectiva
nos permite reconocer dos cuestiones de particular interés hoy: qué ha cambiado en la
medición de caudales desde entonces, y qué nuevos desarrollos se mostrarán efectivos en
los próximos años.
Los principales cambios en este campo en el transcurso de los últimos veinte años han
provenido de innovaciones en la electrónica y el uso de nuevos componentes, en las
tecnologías de almacenamiento de datos y en el software. El procesamiento de datos y la
programabilidad de los caudalímetros han mejorado y se han extendido
consecuentemente. El principal objetivo continúa siendo el uso de algún principio de
medición físico que genere información electrónica que pueda ser procesada junto con
otros elementos de información para obtener “conocimiento” útil.
En lo que concierne a la transmisión de los valores medidos, la tradicional tecnología de
4–20 mA continúa siendo el sistema preferido, aunque otras técnicas de transmisión de
señales digitales como HART y, más recientemente, los sistemas de bus de campo ya están
firmemente asentados en el mercado. Merece la pena mencionar en este contexto la
organización de usuarios PROFIBUS y la organización FOUNDATION Fieldbus, que son
las que más han contribuido a la estandarización en la transmisión de señales digitales. Los
microprocesadores y el software modernos han posibilitado este tipo de configuración y
supervisión de datos remota.
Los requisitos de usuario han ido cambiando con los años, y lo mismo podemos afirmar
de algunos procesos productivos. La necesidad de sensores más estables y fiables se ha
incrementado. La medición del caudal másico por principio Coriolis es quizá la técnica
que más se ha beneficiado de este bagaje tecnológico para ganar posiciones en numerosas
industrias de proceso, sobre todo en el sector químico.
La continua optimización de los caudalímetros en términos de la relación precio/
rendimiento también favorecerá el abandono progresivo de los sistemas y las técnicas de
medición tradicionales. Es más, la medición por ultrasonidos es la primera técnica que
posibilita al usuario medir el caudal, por así decirlo: “sin manos”; es decir, sin necesidad
de introducir directamente en la tubería un caudalímetro que interrumpa el flujo o el
proceso.
Claramente, el potencial de racionalización, los nuevos métodos de producción, el
creciente acervo de experiencia y la aceptación cada vez mayor por parte del cliente
contribuirán cada vez más a la mejora de la relación precio/rendimiento de los
caudalímetros modernos. El impacto positivo de este desarrollo es particularmente
sorprendente cuando se analizan los costes del ciclo de vida. En general, los usuarios
mantienen beneficios con costes de mantenimiento cada vez menores en el futuro.
¿Qué esperamos ver en los próximos años? Al echar un vistazo al mercado mundial de
caudalímetros para todas las tecnologías de medición (véase la Fig. 3), parece seguro poder
18
1. Introducción
E+H Medición de caudal Mercados para los caudalímetros, hoy y mañana
afirmar que el mercado crece a razón de un 2 a un 4% por año, según la situación

económica mundial general.
51 % 49 %
Desplazamiento positivo Coriolis

Presión diferencial Vortex
Sección variable Electromagnético
Turbina Ultrasónico
Térmico
Ritmo de crecimiento mundial combinado:
Promedio previsto –2%
Ritmo de crecimiento mundial combinado:
Promedio previsto +8%
Fig. 3: Cuota de mercado mundial correspondiente a los principales principios de medición de caudal
(en tuberías).
Una tendencia que parece ir ganando fuerza con el tiempo es la sustitución de los
caudalímetros mecánicos convencionales por técnicas modernas no invasivas (y por tanto
de bajo mantenimiento). Los motivos son evidentes:
• Su mayor productividad y mayor flexibilidad comportan tiempos de amortización más
cortos para las plantas en la industria de la ingeniería de procesos.
• Aparición de procesos de producción y productos nuevos.
• Plantas de producción de múltiples productos para aplicaciones muy diversas.
19
1. Introducción
Mercados para los caudalímetros, hoy y mañana E+H Medición de caudal
• Menos desperdicios, menos paros de producción e interrupciones del proceso y menos

producción por debajo de las condiciones que marca el estándar, luego una calidad del
producto superior.
• Costes rentables en relación con los gastos generales de funcionamiento y
mantenimiento.
• Requisitos más estrictos de precisión en las mediciones, estabilidad a largo plazo y
sencillez.
• Mayor necesidad de tener caudalímetros integrados directamente en las arquitecturas
de redes de comunicación.
Las comunicaciones por Internet y sin cable constituyen un nuevo paradigma en

medición. El viejo y entrañable “número de etiqueta” pasa a ser una dirección IP, como
parte de una red compatible con Internet a la que los usuarios pueden acceder desde
cualquier lugar del mundo. Tal accesibilidad permite entrelazar una amplia variedad de
distintos parámetros e información. Esta interacción proporcionará al usuario nuevas
fuentes de información y conocimiento.
Igual que en la industria automovilística, el mantenimiento del caudalímetro podrá
depender directamente de las condiciones de cada momento, porque los mismos
dispositivos podrán detectar sus propias condiciones y su entorno e indicar si el servicio
es necesario. Las extensiones de software y las descargas desde Internet ampliarán las
funcionalidades del caudalímetro. Los usuarios podrán efectuar diagnósticos en línea en
caso de fallo del dispositivo durante su funcionamiento.
En cuanto a los sensores, la medición por ultrasonidos progresará, como lo hizo la
medición por principio Coriolis en los años 90, desde servir a un único nicho de mercado,
hacia una línea básica más amplia a partir de los campos centrales de aplicación de la
medición de caudales. La medición por ultrasonidos no provoca pérdidas de presión y sus
ventajas sobre los caudalímetros mecánicos son obvias –un mayor campo dinámico de
valores de medida, además de un funcionamiento de bajo mantenimiento. El gran
potencial de uso que esta moderna y prometedora tecnología representa para aplicaciones
con fluidos no conductores o altamente corrosivos también favorecerá su introducción en
un amplio abanico de aplicaciones ya establecidas.
De las nuevas tecnologías ya establecidas, los caudalímetro másicos Coriolis fueron los
primeros capaces de registrar simultáneamente, con un único dispositivo, diversas
variables de proceso tales como la masa, la densidad, el volumen, la temperatura y la
viscosidad de un fluido. Está por ver si la medición no invasiva por ultrasonidos resulta
igual de versátil, pero el potencial está ahí, y a medida que gana una base de aplicación
más amplia, la demanda de estos dispositivos se incrementará.
Algunos métodos de medición de caudales se beneficiarán también de nuevas aplicaciones
y áreas de optimización que puedan aportar las tecnologías de comunicaciones y
materiales.
20
idics.fm Page 21 M onday, January 3, 2011 9:36 AM
2
Terminología de caudal
Flow-es-fluidics.fm Page 22 Monday, January 3, 2011 9:36 AM
2. Terminología de caudal
La naturaleza de un caudal E+H Medición de caudal
La naturaleza de un caudal
Todos los caudalímetros se ven influidos en cierto grado por el fluido que van a medir y
por el modo como éste fluye en la tubería o el canal. Aunque este manual no pretende ser
un texto sobre la mecánica o las propiedades de los fluidos, algunos conceptos básicos
acerca de los fluidos son fundamentales para entender el comportamiento de algunos tipos
de caudalímetros que se tratan en esta obra. Este capítulo introduce algunos conceptos
simples relacionados con caudales de fluidos, tanto en tuberías cerradas como en canales
abiertos, algunos conceptos físicos básicos asociados con caudales de gases y un poco de
terminología asociada con la medición de caudales en general.
La materia se puede presentar en tres formas (llamadas fases): líquida, gaseosa o sólida. La
medición de caudales puede incluir materia en cualquiera de estas tres formas,
normalmente por separado, pero en algunos casos también de manera simultánea. La
mayoría de mediciones de caudal implican la medición de líquidos y/o gases, pero algunos
diseños se han adaptado a flujos de polvos y granos. Sin embargo, no es infrecuente tener
mezclas de varias formas de materia, siendo las más comunes, (1) sólidos o gases en
líquidos, (2) sólidos o líquidos en gases o (3) las tres a la vez.
Cuando la materia cuyo caudal se mide está constituida por una única fase, la precisión
de la medición es máxima. Cuando en el caudal se presentan dos fases, las propiedades
de éstos pueden llevar a regímenes de flujo inusuales y la medición se vuelve más difícil.
Cuando las tres fases se presentan simultáneamente, como por ejemplo en la extracción
de petróleo en una plataforma petrolífera en alta mar, es casi imposible conseguir una
medición de caudal precisa.
Tres leyes básicas rigen la naturaleza de un flujo fluido:
• La ecuación de continuidad
• La ecuación de Bernoulli
• La conservación de la masa
La ecuación de continuidad
Esta ley se refiere a la velocidad del volumen de fluido que pasa por un punto determinado
de una tubería. La ley establece que el volumen de fluido (QV) que pasa por una sección
transversal de una tubería (A) por unidad de tiempo siempre es constante (véase la Fig. 4)
si la densidad es constante, como es el caso de los líquidos.
Qv = A1 ⋅ v1 = A2 ⋅ v2 = A3 ⋅ v3
El volumen de fluido (Qv) se obtiene, pues, de multiplicar la velocidad media del fluido (v)
por la sección transversal (A) de la tubería por la que el fluido circula. Podemos llevar un
paso más allá esta expresión y observar que, si la sección transversal disminuye, la
22
E+H Medición de caudal La naturaleza de un caudal
velocidad de flujo del fluido debe aumentar para que se mantenga el mismo ritmo de
circulación del volumen de fluido. La Figura 5 ilustra este concepto, que es importante en
todo tipo de medidores de velocidad de fluidos.
v1 v2 v3
A1 A2 A3
Fig. 4: Representación gráfica del significado de la ecuación de continuidad para fluidos incompresibles.
La ecuación de Bernoulli
La segunda ecuación básica es la ecuación de Bernoulli, que describe la relación entre los
diferentes estados de energía de un caudal. Los tres tipos de energía son:
• Energía potencial, en la que distinguimos dos componentes:
– La energía dependiente de la posición “Z” (es decir, la presión hidrostática entre dos
niveles de tuberías diferentes, también conocido como elevación)
– La energía dependiente de una presión externa “P” (es decir, la presión en una
tubería de agua producida por bombeo)
• Energía cinética “K” (energía por la circulación del fluido, velocidad del caudal)
Bernoulli demostró que la energía total en cualquier punto de una tubería es constante
(véase la Fig. 5). Si además añadimos el concepto descrito en la Figura 4, resulta evidente
que la presión estática es mayor en las zonas en que la velocidad de flujo es más alta – en
otras palabras, donde el paso es más estrecho – que en las zonas en que el fluido circula a
menos velocidad. La situación que ilustra la Figura 5 es ideal, es decir, se supone que en
la tubería no se producen pérdidas de energía por rozamiento. A continuación, la ecuación
de Bernoulli establece que:
K1 + P1 + Z1 = K2 + P2 + Z2 = K3 + P3 + Z3 = constante
K Energía cinética (energía del flujo)

P Energía por presión externa
Z Energía dependiente de la posición
23
La naturaleza de un caudal E+H Medición de caudal
K1 K3
K2
P1 P3
P2
v1 v2 v3
Z1 Z2 =Z1 Z3 =Z1
Fig. 5: Representación gráfica del significado de la ecuación de Bernoulli.
Conservación de la masa
El tercer concepto asociado a la dinámica de un fluido es la conservación de la masa. Puesto
que la materia no se crea ni se destruye, la cantidad total de masa que transporta el caudal
( m· ) en cada punto de la tubería ha de ser constante.
Por tanto:
m· = A1 ⋅ ρ1 ⋅ v1 = A2 ⋅ ρ2 ⋅ v2
m· Caudal másico (= ρ ⋅ V)
A Área de la sección transversal
ρ Densidad del fluido
v Velocidad del fluido
Esta ley es particularmente relevante para los caudales de gas. Considérese de nuevo la
Figura 4 en el caso de un gas que circule por una tubería de sección variable; tanto la
presión como la densidad cambiarán simultáneamente, con lo cual se observa que la
medición de caudales de gases resulta más compleja.
24
E+H Medición de caudal Rozamiento en la tubería
Rozamiento en la tubería
En la sección anterior se asumía que en la tubería no se producían pérdidas de energía o
presión por rozamiento. Está claro que esto no es cierto, porque las moléculas que queden
“atrapadas” por las rugosidades de la pared de la tubería ofrecerán una cierta resistencia.
El efecto del rozamiento se percibe como una disminución del caudal de fluido real que
circula por la tubería en relación con el que habría con un fluido ideal.
Diversos experimentos han demostrado que las pérdidas de altura hidráulica en fluidos
turbulentos son una función:
1. directamente proporcional a la longitud de la tubería,

2. proporcional al cuadrado de la velocidad (Bernoulli),
3. inversamente proporcional al diámetro de la tubería,
4. directamente proporcional a la rugosidad de la tubería,
5. que depende de la densidad y la viscosidad del fluido,
6. a la práctica independiente de la presión.
Por lo que las pérdidas de carga (∆p) en una tubería se pueden expresar como:
L ρ 2
∆p = λ ⋅ ---- ⋅ --- ⋅ v
D 2
λ Coeficiente de rozamiento
L Longitud de la tubería
D Diámetro interior de la tubería
v Velocidad media del fluido
El “coeficiente de rozamiento de la tubería” (λ) que se ha añadido en la ecuación anterior

considera en conjunto cualesquiera otros efectos que puedan influir en el rozamiento. Es
un factor adimensional que permite corregir la pérdida de carga y considerarla como una
función únicamente del resto de variables. No se trata de una constante, sino que depende
principalmente de la velocidad del fluido y de la rugosidad de la tubería. Con el transcurso
de los años, se han llevado a cabo muchos otros experimentos en relación con el
comportamiento general de los fluidos, cuyas conclusiones se resumen en el bien
conocido diagrama de Moody (Fig. 6). El diagrama representa el coeficiente de
rozamiento de la tubería (λ) en función del número de Reynolds (Re) para diversos valores
de rugosidad de la tubería (k).
El diagrama de Moody refleja dos puntos importantes. En un flujo laminar (izquierda), el
rozamiento es independiente de la rugosidad de la tubería, pero fuertemente dependiente
del número de Reynolds. En un flujo turbulento (derecha), el coeficiente de rozamiento
se ve más afectado por la rugosidad de la tubería que por el número de Reynolds. El
significado de esto se explica más adelante en este mismo capítulo.
25
Rozamiento en la tubería E+H Medición de caudal
λ Comportamiento totalmente turbulento

d/k
0.1
Comportamiento totalmente turbulento
20
Zona crítica
40
0.05
Com
102
por
tam
0.03 2
ien
to la
5
min
Sin
0.02 103
ar
res
ist
(λ
en 2
=
cia
64/
hid
Re)
ráu 5
lica
(k= 104
0) 2
0.01
5
105
0.005
3 4 5 6 7
5 10 10 10 10 10 2
Número de Reynolds
Fig. 6: Diagrama de Moody (λ = coeficiente de rozamiento de la tubería, d = Diámetro de la tubería,

k = Rugosidad de la tubería).
El coeficiente de rozamiento (λ) y la rugosidad de la tubería (k) son elementos importantes

para el cálculo de las pérdidas de carga en redes de tuberías. El cálculo de las pérdidas de
carga a partir de la ecuación de Prandtl-Colebrook es largo y tedioso, pero se puede hacer
una estimación de manera mucho más sencilla si los resultados se hallan en forma de
tablas o nomogramas. El apéndice contiene varios nomogramas y tablas de referencia:
• Pérdidas de carga en tuberías de DN 25 a 500 (1 a 20") → Página 431
• Pérdidas de carga en tuberías de DN 80 a 1.000 (3 a 40") → Página 432
• Factores de corrección para varios factores de rugosidad → Página 433
• Valores de rugosidad para materiales de uso común en tuberías → Página 434
En realidad, algunos nomogramas especiales permiten estimar las pérdidas de carga en

dispositivos compuestos por varios elementos distintos. Los nomogramas de este tipo
muestran las “longitudes de tubería equivalentes” para varios tipos de dispositivos más o
menos comunes (véase la página 435).
26
E+H Medición de caudal Viscosidad
Es de la mayor importancia calcular las pérdidas de carga correctamente, pues de otro

modo la presión en el sistema podría resultar ser demasiado baja para mantener el caudal,
y porque además, una presión insuficiente podría provocar la desgasificación de los gases
disueltos que hubiere. En Internet hay programas de ordenador a disposición que calculan
las pérdidas de carga y se descargan libremente.
Viscosidad
Ya hemos mencionado que cualquier material ofrece resistencia a fuerzas externas o
presiones impuestas. Un factor importante en la resistencia es la viscosidad del fluido. La
viscosidad es una medida de la habilidad del fluido para resistir ante influencias externas
que intenten cambiar su forma. Un fluido con una viscosidad alta presenta una gran
resistencia a cambiar de forma, por lo que las pérdidas de carga cuando una fuerza externa
actúa sobre dicho fluido viscoso son notables.
Las moléculas de un fluido se mantienen ligadas mediante fuerzas de enlace. Al imponer
un movimiento al fluido, aparecen otras fuerzas internas o de rozamiento interno. Pero el
movimiento molecular también es sensible a la temperatura, por lo que la viscosidad
disminuye considerablemente al aumentar la temperatura. En términos sencillos, la
viscosidad es una medida de la libertad de movimiento del fluido.
La Figura 7 ilustra el concepto de viscosidad con el ejemplo de un fluido que circula entre
una pared inmóvil y una placa móvil que se desplaza a una cierta velocidad (v). Por lo
tanto, sobre la placa móvil, de superficie “A”, actúa una cierta fuerza (F). En tal caso, la
velocidad del fluido directamente sobre la pared inferior inmóvil es cero, mientras que la
velocidad del fluido en la parte inferior de la placa móvil es igual a la velocidad de la placa
(v). Entre estas dos velocidades existe un gradiente de velocidades – en función de la
posición (x) respecto a la pared – que determina la velocidad (vx) en cualquier punto del
fluido. Puesto que cada capa del fluido se mueve a una velocidad diferente respecto de las
demás, se produce rozamiento entre las distintas capas –que se manifiesta como un
esfuerzo cortante. El esfuerzo cortante (τ) en cualquier punto del fluido se expresa como:
F
A
vx
x
Fig. 7: Concepto de viscosidad.
27
Viscosidad E+H Medición de caudal
dv
--F- = τ = µ ⋅ ------
A dx
τ Esfuerzo cortante
F Fuerza que actúa sobre la placa móvil
dv/dx Gradiente de esfuerzos cortantes
A Superficie de la placa móvil
µ Coeficiente de viscosidad (factor de proporcionalidad) = viscosidad dinámica o absoluta
Unidades → Página 427
Estas relaciones son importantes porque la viscosidad, la velocidad local del fluido y la
posición en la tubería son los tres factores principales que determinan el perfil de
velocidades en una tubería. El cuarto factor importante es la rugosidad de la tubería que
se muestra en el diagrama de Moody (véase la Fig. 6).
Hasta el momento, sólo se ha tratado la viscosidad absoluta del fluido. Se la suele designar
también con el término de viscosidad cinemática (ν). La viscosidad cinemática no es más
que la viscosidad absoluta (µ) dividida por la densidad del fluido (ρ). En la Página 427 se
hallarán tabulados los factores de conversión y las unidades para las dos viscosidades. La
viscosidad cinemática en los líquido disminuye con la temperatura, mientras que en el
caso de los gases aumenta con la temperatura.
µ
ν = ---
ρ
ν Viscosidad cinemática
µ Viscosidad absoluta
La viscosidad en los gases es mucho menor que en los líquidos (véase la página 425 y sig.),
de modo que su efecto en la naturaleza de los caudales en aplicaciones con gases es menor
que en las aplicaciones con líquidos. Por otra parte, los líquidos son prácticamente
incompresibles, mientras que los gases son altamente compresibles, de modo que aunque
los efectos de la viscosidad se reducen en los gases, los efectos de la temperatura y la
presión se magnifican en los caudales de gas.
Fluidos newtonianos / fluidos no newtonianos:

Un factor que complica las cosas es que algunos fluidos muestran viscosidades distintas en
condiciones de proceso diferentes. Ya se ha visto (en la misma definición de viscosidad)
que la relación entre los esfuerzos cortantes (τ) y el gradiente de velocidad (dv/dx) es una
constante. La mayoría de fluidos denominados “fluidos newtonianos” presentan este
comportamiento.
28
E+H Medición de caudal Número de Reynolds
Sin embargo, algunos fluidos exhiben factores de corte que cambian con la temperatura y
de forma natural se les denomina “fluidos no newtonianos”. Según su naturaleza, estos
fluidos reciben el nombre de plásticos, pseudoplásticos o fluidos dilatantes. Ejemplo de
éstos son algunos tipos de lodos, como flujos de arenas o arcillas movedizas o la mayoría
de pinturas.
Existe además otro grupo de fluidos para los que la viscosidad cambia a la vez con el
tiempo y con el gradiente de velocidad (fluidos tixotrópicos). Son algunos tipos de pinturas
modernas que contienen pigmentos plásticos. La mayoría de caudalímetros mecánicos se
han diseñado para trabajar con fluidos newtonianos, y la mayoría experimentan efectos de
no linealidad cuando se miden con ellos fluidos no newtonianos. Para dichos casos apenas
hay datos fiables.
Número de Reynolds
Como término y concepto, el número de Reynolds es de importancia crucial en el estudio
de los flujos y el papel que juega en la dinámica de fluidos moderna es espectacular.
Independientemente de qué proceso con fluidos esté en estudio, el número de Reynolds
es casi siempre el factor definitivo, en cuanto a opuesto a la velocidad del fluido. Este
factor recibe el nombre del físico inglés Osborne Reynolds (1842–1912), quien aplicó por
primera vez este parámetro físico en sus estudios sobre flujos.
Hemos visto que los fluidos se resisten a los cambios y que la viscosidad es un factor
principal en esta resistencia. Los cambios se deben a una variación en la cantidad de
movimiento del fluido (ρ⋅v2 = fuerzas inerciales por unidad de superficie). En la sección
anterior veíamos que µ⋅dv/dx representa la resistencia a fluir debida a la viscosidad. La
relación entre estos dos parámetros –fuerzas de origen inercial respecto a las fuerzas de
origen viscoso (esfuerzo cortante) – es el número de Reynolds (Re).
2
ρ⋅v ⋅L v⋅L
Re = -------------------- = ----------
µ⋅v ν

L Longitud característica (p.ej., diámetro de la tubería)
ν Viscosidad cinemática µ/ρ
µ Viscosidad absoluta
Dos flujos se consideran similares si sus contornos geométricos son similares y los
números de Reynolds correspondientes coinciden.
Las fuerzas inerciales intensas (número de Reynolds alto) denotan corrientes libres. Por el
contrario, un número de Reynolds bajo representa una corriente altamente viscosa o
29
Perfiles de flujos E+H Medición de caudal
resistiva. Ejemplos de números de Reynolds altos son el flujo en una tubería de una red
de suministro de agua o un flujo de gas natural a alta velocidad. Ejemplos de números de
Reynolds bajos son, por ejemplo, el chorro de betún, crudo o melaza que se derrama de
una lata al tumbarla boca abajo.
Un flujo con un número de Reynold por debajo de 2.000 se denomina flujo laminar. Por
encima de 4.000, el flujo se considera turbulento. Entre estos dos valores se hallan estados
de transición.
Volviendo a la Figura 6, ahora es posible observar que las fuerzas viscosas afectan
significativamente tanto al coeficiente de rozamiento como a las caídas de presión a
velocidades muy bajas o cuando la viscosidad del fluido es muy alta. En la mayoría de
aplicaciones el flujo será turbulento, y la influencia más importante será la rugosidad de la
tubería.
Perfiles de flujos
Flujos laminares:
En un flujo laminar, las distintas capas de moléculas que forman el fluido no se
entremezclan unas con otras, sino que fluyen ordenadamente unas sobre otras (Fig. 8).
Evidentemente, la velocidad en las paredes es cero por el rozamiento y en el centro de la
tubería es donde la fuerza de retardo alcanza el valor mínimo. El perfil de velocidades
correspondiente es suave y estable. Un ejemplo de un fluido laminar es un flujo de crudo
que circula lentamente por una tubería.
a b
Fig. 8: Líneas de corriente de un flujo laminar (a) y perfil de velocidades resultante (b).
Fluidos turbulentos:
Un flujo se vuelve turbulento o bien porque la velocidad aumenta, o bien porque la
viscosidad disminuya. Tanto lo primero como lo segundo incrementan considerablemente
la interacción entre las moléculas que forman el fluido y el movimiento de éstas se vuelve
aleatorio por todo el cuerpo del fluido. Debido a esta mayor interacción entre moléculas,
las partículas a altas velocidades son frenadas y las partículas a velocidades bajas son
aceleradas. El resultado es que la mayoría de partículas en el centro de la tubería acaban
moviéndose a casi la misma velocidad (Fig. 9).
30
E+H Medición de caudal Perfiles de flujos
En las proximidades de las paredes entran en juego los efectos del rozamiento y aparece
un gradiente de velocidades. Esta zona se caracteriza porque en ella las velocidades
cambian rápidamente con la posición y se conoce con el nombre de capa límite. En
algunos casos esta capa límite puede ser bastante delgada (por ejemplo, en flujos de gases),
en otros, puede llegar a ser hasta la mitad del diámetro de la tubería (en fluidos viscosos).
Al aumentar la velocidad, la capa límite se reduce y el perfil de velocidades se achata. Este
fenómeno es beneficioso para la medición de caudales pues los efectos del perfil de
velocidades disminuyen.
a b
Fig. 9: Líneas de corriente de un flujo turbulento (a) y perfil de velocidades resultante (b).
Los caudalímetros se diseñan normalmente para funcionar en flujos turbulentos, pues

éstas son las condiciones que se dan en el 95% de las tuberías cerradas. Es preciso tener
en cuenta de las secciones precedentes que tanto el coeficiente de rozamiento como el
número de Reynolds y el perfil de velocidades varían con la velocidad del flujo y pueden
llegar a tener una influencia significativa en el proceso de medición del caudal.
Algunos caudalímetros, sin embargo, se han diseñado específicamente para trabajar con
fluidos laminares. En general se cumple que la linealidad (véase la página 41) se va
perdiendo a medida que el régimen de flujo deja de ser turbulento para pasar por un estado
de transición hasta llegar a flujo laminar. Este fenómeno se muestra en la figura Figura 10
para flujo que pasa por una boquilla calibrada para un amplio campo de valores del
número de Reynolds. Mientras se trabaja en régimen de flujo turbulento, se obtiene un
coeficiente constante. Al alcanzar la región de transición, a medida que el número de
Reynolds disminuye, se produce una ligera caída de los valores, seguido de una subida que
inicia la forma del perfil en pico que se muestra en la Figura 8. Cuando dominan las
fuerzas de origen viscoso, el comportamiento del coeficiente variable es casi lineal,
decreciente a medida que disminuye el valor del número de Reynolds. Esta característica
es un comportamiento típico para muchos tipos diferentes de caudalímetros.
31
Capas límite E+H Medición de caudal
laminar turbulento
0.85
0.80
Coeficiente de flujo (cD)
0.75
0.70
0.65
coeficiente coeficiente
0.60 variable constante
0.55
0.50
4 5 6
100 1000 10 10 10
Número de Reynolds (Re)
Fig. 10: Efectos del tipo de régimen (laminar, turbulento) en el flujo a través de una tobera.
Capas límite
Es desde luego imposible menospreciar la importancia de las capas límite en la medición
de caudales y sus efectos en los caudalímetros, ya que en muchos caudalímetros los
sensores se ubican cerca, o incluso en el interior mismo, de esta capa de velocidades
rápidamente cambiantes cercana a la pared de la tubería. Los ejemplos siguientes ponen
de manifiesto su importancia:
• En los dispositivos de medición por presión diferencial (PD), la presión se mide en la
pared, es decir, dentro de la capa límite.
• En los caudalímetros magnéticos, los electrodos que miden la energía magnética del
fluido están ubicados en la pared.
• En los caudalímetros por ultrasonidos, los sensores piezoeléctricos empleados para
medir el caudal están ubicados sobre la pared.
• En los contadores por desplazamiento y de turbina, las zonas libres de elementos
mecánicos se hallan principalmente en las paredes.
32
E+H Medición de caudal Capas límite
En todos estos casos, el estado hidrodinámico exacto y el gradiente de velocidades en el

punto de medición afectan directamente a la respuesta del elemento de medición. Las
capas límite son, pues, una parte fundamental del desarrollo del perfil de velocidades y,
por ello, del proceso de medición. Una manera sencilla de describir la formación de una
capa límite es a partir del ejemplo de un flujo que discurre sobre una placa plana o a lo
largo de la pared de una tubería (Fig. 11).
Transición
laminar turbulento
vs
vs
vs v
vs
v
v d
x Subcapa
xc laminar
Fig. 11: Formación de una capa límite en la superficie de una placa o una pared de tubería.
En la superficie de la placa se producen grandes esfuerzos cortantes que mantienen en

reposo a las partículas que se hallan en el borde mismo. Además, las partículas cercanas a
la pared circulan a velocidades lentas por efecto de las fuerzas viscosas. Este efecto define
la capa límite y su espesor se denota con la letra “d”. Durante una cierta distancia axial
corriente abajo (x), esta capa es laminar y su espesor aumenta con la distancia. A medida
que aumenta su espesor, la capa se vuelve progresivamente inestable y puede llegar a
régimen de flujo turbulento (xc). Por debajo de esa capa en régimen turbulento, se forma
una subcapa límite, en que aún persisten grandes gradientes y esfuerzos tensores. La
transición depende de la rugosidad de la placa o pared de tubería y de los niveles de
turbulencia del fluido. Lejos de la capa límite, el perfil de velocidades es menos
pronunciado y el flujo es completamente normal. La Figura 11 muestra cómo pueden
variar los gradientes de velocidad con la posición a lo largo del eje de la tubería.
33
Otras propiedades de los fluidos E+H Medición de caudal
Otras propiedades de los fluidos

Las propiedades de los fluidos afectan hasta cierto grado a todos los caudalímetros y
pueden inducir cambios, tanto en la naturaleza del propio flujo como en el interior del
caudalímetro, o provocar efectos físicos en el interior de la tubería. Cualquier combinación
de estos tres efectos puede aparecer. Los efectos más importantes se refieren a:
• La temperatura y la presión del fluido
• El tipo de líquido (puro o mezcla)
• El tipo de gas (puro o mezcla)
• Los fluidos de dos o más fases (véase la página 44)
• La densidad del fluido
• La viscosidad (véase la página 27)
• La lubricidad del fluido
• El calor especifico
• La abrasión o corrosión
• El comportamiento de gas real o gas ideal
• Las propiedades químicas/físicas especiales
• La conductividad eléctrica
La temperatura y la presión del fluido

La temperatura y la presión pueden influir en las propiedades mecánicas del contador y
afectar, por ejemplo, a los componentes de los soportes, las zonas libres de elementos
mecánicos, la rigidez de la tubería, y otros. Otra posibilidad es que la presión y la
temperatura afecten a las características del flujo en el propio sensor y provoquen, por
ejemplo, cavitación o surgencias en el caudal.
El tipo de fluido (líquido o gas)

La mayoría de caudalímetros se diseñan para funcionar con líquidos o con gases, pero
raramente con ambos en el mismo proceso. Las mezclas de líquidos raramente inducen
desviaciones en el proceso, a menos que la mezcla produzca efectos de cambio del
régimen de flujo. La composición de una mezcla de gases puede determinar que el fluido
actúe como un gas ideal o no ideal, y suele afectar al factor de compresibilidad del gas. La
composición también afectará a la densidad del gas, que tendrá efecto en la calibración del
contador y posiblemente en la elección de la tecnología.
Densidad del fluido

Fluidos:
En la mayoría de aplicaciones con líquidos, la densidad se mantiene virtualmente
constante, pero en casos en que se produzcan grandes variaciones de temperatura, será
necesario algún tipo de ajuste.
34
E+H Medición de caudal Otras propiedades de los fluidos
La densidad se define como la cantidad de masa del fluido por unidad de volumen (ρ =
m/V). La densidad de los fluidos también puede variar con la temperatura y la presión,
pero en casi todos los casos los cambios por la presión son tan pequeños que pueden ser
ignorados. La temperatura, no obstante, puede tener un efecto mayor porque el líquido se
expande y la densidad, por lo tanto, decrece.
Gases:
La densidad de los gases depende fuertemente tanto de la temperatura como de la presión.
Las leyes fundamentales relativas a los gases se describen con más detalle en la Página 37.
A veces, las características del fluido se dan en términos de volúmenes específicos en lugar
de densidades. El volumen específico de un fluido no es más que el recíproco de la
densidad, o volumen/masa. En aplicaciones con gases, la densidad afecta al campo de
valores y a la precisión general, sobre todo cuando el número de Reynolds es bajo. Las
densidades bajas son a menudo el motivo de un mal calibrado de los contadores de gas.
Capacidad calorífica
La capacidad calorífica (o calor específico) es importante en los contadores de caudal
másico térmicos o en el cálculo de flujo calorífico. La capacidad calorífica de los gases es
(cp) a presión constante y (cV) a volumen constante. La Figura 12 muestra la relación entre
estas dos cantidades para algunos gases comunes. El valor de 1,4 para el aire y otros gases
comunes es importante para el cálculo de caudales de gas con discos de diafragma.
Téngase en cuenta que la relación para algunos gases es dependiente de la temperatura, y
que H2 y CO2 son lineales, mientras que otros gases presentan un comportamiento no
lineal. Los líquidos son esencialmente incompresibles, de modo que sólo tienen una
capacidad calorífica cp.
Lubricidad
La lubricidad se confunde a menudo con la viscosidad porque frecuentemente se asume
que ambas propiedades están relacionadas. Sin embargo, la lubricidad es más difícil de
registrar y de cuantificar.
Algunos fluidos como por ejemplo la acetona son “secos”, SF6. Un líquido de este tipo se
caracteriza porque una película de estos líquidos no se adhiere entre dos superficies en
movimiento, es decir, el rozamiento local es alto y el desgaste acelerado. La lubricidad es
importante en caudalímetros con partes móviles como en los caudalímetros por
desplazamiento, de turbina, etc.
Corrosión y abrasión
Estas dos propiedades de los fluidos afectarán a menudo el funcionamiento a largo plazo
de un caudalímetro. La abrasión y la corrosión pueden producir amontonamientos en las
zonas libres de elementos mecánicos de los contadores con partes móviles, o estropear los
contadores sin partes móviles.
35
Otras propiedades de los fluidos E+H Medición de caudal
Propiedades físicas y químicas

A veces, la naturaleza química del fluido puede crear problemas. Algunos fluidos pueden
contener sales disueltas en suspensión y producir efectos de laminado, corrosión o
electrolíticos en contacto con superficies metálicas. Algunos productos químicos tienden
a cristalizar y este hecho es importante en caudalímetros con partes móviles, en el túnel
de haces de ultrasonidos o en algunos instrumentos de medición por presión diferencial.
Algunos fluidos con propiedades radioactivas requieren un tratamiento especial, que se
halla bien especificado en las normas y los procedimientos específicos para el tratamiento
de dichos fluidos.
K 1.8
1.7 A, He, gases monoatómicos
1.6
1.5
Aire, N2, O2, CO

1.4
H2
Vapor saturado
1.3
CO2
Metano
1.2
Etano
1.1
Butano
1.0
0 100 200 300 400 500 [°F]
0 50 100 150 200 250 [°C]
Fig. 12: Capacidades caloríficas (K) para algunos gases comunes.
36
E+H Medición de caudal Leyes de los gases, volúmenes estándar y caudales másicos de los gases
Leyes de los gases, volúmenes estándar y caudales másicos de

los gases
Leyes de los gases

Los gases presentan dos comportamientos típicos, el ideal y el no ideal. Los gases ideales
pueden ser descritos a partir de dos principios simples: la ley de Gay-Lussac (que relaciona
la presión y el volumen del gas), y la ley de Boyle-Mariotte (que relaciona la temperatura
y el volumen del gas). Al combinar estos dos principios, se obtiene la ecuación de estado
para los gases ideales:
P⋅V
----------- = n ⋅ R = constante
T
P Presión
V Volumen
T Temperatura
n Peso molecular
R Constante de los gases
Si el gas fluye por un sistema de tuberías o por un caudalímetro, podemos suponer que:
P0 ⋅ V0 P1 ⋅ V1 Px ⋅ Vx
---------------
- = ---------------
- = ---------------
-
T0 T1 Tx
P0, V0, T0 Presión, volumen y temperatura en condiciones de referencia

Px, Vx, Tx Presión, volumen y temperatura en condiciones de flujo en diferentes puntos
de una tubería
La densidad de un gas en la ecuación anterior se puede factorizar de modo que las

condiciones de flujo se puedan calcular respecto a las condiciones de referencia. Así:
ρ1 V P1 ⋅ T0
----- = -----0- = ---------------
-
ρ0 V1 P0 ⋅ T1
ρ0 Densidad del gas en condiciones de referencia

ρ1 Densidad del gas en condiciones de flujo en diferentes puntos de una
tubería
37
Leyes de los gases, volúmenes estándar y caudales másicos de los gases E+H Medición de caudal
A partir de las ecuaciones anteriores se pueden calcular las propiedades de un gas ideal.
Sin embargo, la mayoría de gases no obedecen las leyes de los gases ideales, sobre todo a
altas presiones, y el comportamiento ideal es, en realidad, sólo una aproximación. Para dar
cuenta del comportamiento real de la mayoría de los gases se introduce en las ecuaciones
el factor de compresibilidad (Z). Entonces, la ecuación de estado para los gases ideales es:
P⋅V = Z⋅n⋅R⋅T
El factor de compresibilidad “Z” es la relación entre el volumen que ocupa el gas real y el
volumen que ocuparía la misma masa de gas un ideal a la misma temperatura y presión.
El factor de compresibilidad Z depende de la temperatura y la presión y sus valores se
pueden estimar fácilmente con rapidez a partir de tablas y nomogramas (véase la Fig. 13).
En dichos gráficos se puede apreciar la gran diferencia de comportamiento de los gases a
bajas presiones y a altas presiones. Es importante tener en cuenta estos efectos a medida
que aumenta la presión de proceso.
Volumen normalizado
La confusión entre volumen y volumen normalizado es responsable de más problemas de
dimensionamiento y cálculo de las mediciones de caudal que casi cualquier otro factor. Es
imprescindible que las condiciones en las que se efectúe la medición estén correctamente
definidas y calculadas.
El caudal volumétrico se puede expresar siempre en términos de unas condiciones de
referencia, habitualmente 1,013 bar (14,7 psi) de presión y 15 °C
(60 °F). El volumen medido en estas condiciones recibe el nombre de volumen
normalizado. Así:
ρ1
Q 0 = Q 1 ⋅ ----- “0” para las condiciones de referencia, “1” para condiciones reales
ρ0
Si aplicamos la ecuación de estado para los gases reales, llegamos a una expresión que nos
relaciona el volumen con el volumen normalizado:
P1 T0 Z0
Q 0 = Q 1 ⋅ ----- ⋅ ----- ⋅ -----
P0 T1 Z1
Cálculo del caudal másico de un gas

Los caudales se suelen medir en términos de masa, pues esta variable, al contrario que el
volumen, es independiente de la temperatura y la presión. El caudal másico es el caudal
volumétrico multiplicado por la densidad del fluido. El caudal volumétrico normalizado
es, por lo tanto, el caudal másico dividido por la densidad (normalizada) de referencia.
38
E+H Medición de caudal Leyes de los gases, volúmenes estándar y caudales másicos de los gases
Z 4.00
3.00
1,0
2.00
1.80
1.60
0.
70
0,9
0.
1.40
75
0.
80 1.20
0.
85
1.10
0,8
0.
90
Tr =
vap 1.05
0,7 or
sat 0.
ura 95
do
0,6
1.
0,5 00
0 0,1 0,2 0,3 0,.4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1.0
Pr
Z
3,5
.6
=1
Tr .8
1
3,0
2.0
2,5
3.0
2,0
5.0
1,5 10.0
5.0
15.0
1,0
2.0
1.8
1.6
0,5
0 10 20 30 40 50
Pr
Fig. 13: Nomogramas para el cálculo del factor de compresibilidad (Z).

Tr = Temperatura reducida, Pr = Presión reducida [bar]
39
Terminología de los procesos de medición de caudal E+H Medición de caudal
Terminología de los procesos de medición de caudal

La instalación de instrumentos en general, y de caudalímetros en particular, se puede
llevar a cabo a diferentes niveles. Esta sección define los aspectos más importantes.
Precisión
Un término muy común en la medida de caudal es la exactitud. La exactitud se define
como “la proximidad a la concordancia absoluta entre el valor medido y el valor real de
lo que se mide”. La exactitud es, pues, un término cualitativo, y no cuantitativo. Tampoco
podemos hablar de exactitud en términos absolutos, sino siempre de “exactitud relativa a
una medición” como expresión estándar de un calibrado verificable. A veces, se emplea
el término “precisión” en lugar del de “exactitud”, pero aquél es una medición de
repetibilidad y no deberían emplearse en este sentido.
La “exactitud” se puede especificar en términos de porcentaje o proporción respecto de la
lectura (% v.l.), o en términos de porcentaje respecto al valor de fondo de escala (% v.f.e.).
La Figura 14 ilustra esta diferencia. Se muestran los resultados de la medición con dos
contadores del mismo tipo, uno con una exactitud de 0,5 % respecto al fondo de escala
(fabricante A) y el segundo con una exactitud de 1% del valor de lectura (fabricante B). A
medida que el valor del caudal se reduce, el error en el primer contador se incrementa,
mientras que en el segundo contador (% v.l.) el error se mantiene. En cuanto al
funcionamiento, si la exactitud del contador se expresa en términos del valor de fondo de
escala, es preciso tener en cuenta el campo de valores de trabajo. Esto es habitual en las
viejas tecnologías, como en los caudalímetros con discos de diafragma o en los
caudalímetros de Venturi.
%
Rmin Rmax
10
A
B
1
0
-1
-10
0 20 50 100 Q [%]
Fig. 14: Exactitud de medición en contadores de caudal.
40
E+H Medición de caudal Terminología de los procesos de medición de caudal
Repetibilidad
La repetibilidad se define como “la cantidad que caracteriza la capacidad de un contador
de dar indicaciones o respuestas idénticas al repetir una aplicación con los mismos valores
de la cantidad medida en las condiciones de trabajo establecidas”. En otras palabras, si un
contador presenta una repetibilidad del 0,1% respecto al valor de lectura, las variaciones
en las respuestas al repetir la aplicación no diferirán en más de 0,1% si el caudal se
mantiene constante. No debería confundirse una buena repetibilidad con una buena
exactitud. En la Figura 15 se muestran cuatro casos. En el caso (a) la exactitud es perfecta
y todas las lecturas quedan dentro del intervalo especificado (por lo tanto, también la
repetibilidad es excelente).
a b c d
Fig. 15: Exactitud y repetibilidad (véase la explicación en el texto).
En el caso (b), una lectura esporádica queda fuera de los límites (una situación más real),
pero de nuevo la exactitud es en general buena. En el caso (c) la repetibilidad es excelente,
pero todas las lecturas presentan un sesgo respecto al valor correcto, y en el caso (d) la
repetibilidad es pobre y la exactitud inaceptable. En resumen, una exactitud buena
garantiza una repetibilidad buena, pero una repetibilidad buena no garantiza por sí sola
una exactitud buena.
Linealidad
Los caudalímetros se suelen caracterizar por una linealidad de 0,5 o de 1%. Esto significa
que la desviación de las respuestas del caudalímetro con respecto a una función ideal lineal
que relaciona el caudal real con los valores de salida indicados por el caudalímetro es
menor del 1%.
En la Figura 16, la gráfica simboliza la linealidad de un caudalímetro expresada como un
porcentaje del valor de fondo de escala. En la medición de caudales se define un
coeficiente (GA) que representa el valor de salida como un promedio “ideal” respecto a
todo el rango de valores de trabajo (R t). Análogamente, se define un rango de valores
límite (p.ej. ±1% v.l., línea punteada), dentro del cual los valores pueden fluctuar. Ésta es
la medida de la linealidad del caudalímetro. Téngase en cuenta, sin embargo, que al
cambiar el rango de valores de trabajo, los valores de salida pueden presentar sesgo.
41
Terminología de los procesos de medición de caudal E+H Medición de caudal
El coeficiente recomendado (GL) para el rango de valores de trabajo (R0) está ligeramente
por debajo del coeficiente obtenido como promedio sobre todo el rango de valores
especificado (GA). A este campo de valores especificado, a veces se le llama rangeabilidad
y es la razón entre los caudales máximo y mínimo.
Rt
GA GA
±1%
±0.5%
GL
R0
Rmin R´min R´max Rmax
Fig. 16: Linealidad de un caudalímetro.
Incertidumbre
La incertidumbre se define como el rango de valores entre los cuales se halla el valor real
con una probabilidad determinada (véase la Fig. 17). En la medición de caudales no es
posible medir nada con precisión absoluta (es decir, con un error de cero) porque el caudal
no es nunca estable. Pequeñas perturbaciones en la presión y la temperatura afectan a la
respuesta del instrumento, que nunca es perfecta, además de multitud de otros efectos
externos y de tipo electrónico. Un valor de lectura estable en el tiempo y el concepto de
incertidumbre constituyen conjuntamente una manera de identificar y combinar todos
estos factores, de modo que la variable que se pretende medir quede bien definida.
Obsérvese que el valor cuantitativo de la “exactitud” debería expresarse en términos de
incertidumbre. Una buena exactitud es, en el fondo, una baja incertidumbre, pero siempre
existen pequeños errores, tanto de origen aleatorio como sistemático.
Error
El error no es más que la diferencia entre el valor de salida del contador y el valor real del
caudal en el instante en que se efectúa la medición. Un 1% de error en el valor del caudal
(casi siempre expresado como exactitud del 1%) significa que la salida del contador
registra, por ejemplo, 99 l/min cuando el valor real (determinado a partir de un estándar
de referencia) es 100 l/min. Dado que, de hecho, el valor real no es nunca conocido, el
error es, por definición, una cantidad desconocida.
42
E+H Medición de caudal Terminología de los procesos de medición de caudal
f (x) x
σx σx
2σx 2σx
≅ 68% x
≅ 95%
Fig. 17: Definición de “Incertidumbre en la medición”. x = Valor medio de todos los valores medidos,
f (x) = Frecuencia, σ = Desviación típica.
Factor K de sensibilidad y constante del contador

Para definir la característica de transferencia de un contador con una salida de impulso
lineal o casi lineal se pueden emplear dos parámetros. Se denominan “constante del
contador” y “factor K de sensibilidad” respectivamente. Ambos parámetros suelen hallarse
impresos en la placa de características del caudalímetro.
Factor K de sensibilidad
El factor K de sensibilidad se define como el número de impulsos por unidad de la
magnitud y se determina en el laboratorio. Por otra parte, algunos fabricantes denotan con
la letra K la “constante del contador”. Otros, definen la letra K como el cociente entre la
frecuencia de salida y la velocidad del caudal. En cualquier caso, el lector debe conocer
con seguridad el uso exacto del término en cada aplicación. En muchos casos, la K define
también un factor de corrección determinado por calibración en el laboratorio.
Constante del contador
La constante del contador se define como el cociente entre el volumen real y el volumen
registrado. Al contrario que el factor K de sensibilidad, la constante del contador se suele
43
Flujos bifásicos y cavitación E+H Medición de caudal
determinar por calibración en el lugar de trabajo, es decir, mediante aplicaciones de

trasiego. En dicho procedimiento se emplea un valor de referencia normalizado para el
volumen real. Por lo tanto, por definición, una buena constante de contador debería tener
un valor cercano a 1. Un diagrama de control que represente gráficamente las variaciones
de la constante del contador con el tiempo (gráfica de control) indica la estabilidad del
contador.
Todos estos parámetros de proceso suelen hallarse habitualmente en aplicaciones de
trasiego en que se calibra y especifica el sistema de ejecución de un contador de turbina,
de Coriolis o de desplazamiento. Así, pues, una especificación de, por ejemplo, “100,12
pulsos/litro (±0,1% del valor medido) en un campo de valores de 10 a 100 litros/minuto”
significa que dicho parámetro se halla entre un valor mínimo 100,02 y un valor máximo
de 100,22 impulsos/litro.
Flujos bifásicos y cavitación
Los caudalímetros están diseñados para funcionar con gases o con líquidos, pero no con
ambos a la vez. Los perfiles de flujo tratados en la Página 30 se modifican cuando dicho
flujo está constituido por dos fases, líquida y gaseosa. Se habla entonces de “flujos
bifásicos”.
Dos o más líquidos que fluyan conjuntamente, si son lo suficientemente distintos –como
por ejemplo aceite y agua–, no suelen mezclarse y, si su velocidad es lo bastante baja,
permanecen separados y circulan en la práctica como fluidos independientes. En este caso
hablamos de “caudal de dos componentes”.
Cuando dos líquidos se mezclan, se dice que son “miscibles” y su medición no suele
presentar ningún problema. Si por el contrario, los líquidos no son miscibles (es decir, si
no se mezclan), cada uno puede presentar regímenes de flujo distintos y el resultado de la
medición puede ser erróneo. También cuando un líquido que contiene una gran cantidad
de gas en disolución y experimenta un descenso brusco de presión (por el paso a través de
un orificio o por un cambio súbito de sección transversal) puede darse una situación de
“gasificación” del gas en disolución. La aparición repentina de una fase gaseosa se
denomina “cavitación”.
Los regímenes de flujo de un caudal de dos componentes (o, por lo menos, de algunos
tipos) dependen de varios factores, por ejemplo, de la orientación de la tubería, de la
velocidad del caudal y del porcentaje del gas o del segundo componente líquido que
contenga. La Figura 18 muestra los regímenes para caudales bifásicos en tuberías
horizontales y verticales cuando el contenido en gas de éste aumenta. Los patrones de
flujo que se obtienen para los dos tipos de orientación de la tubería son bastante diferentes,
incluso aunque el contenido en gas sea el mismo. Algunos de los patrones de flujo
representados (por ejemplo, la Fig. 18 / f) son típicos de vapores húmedos. Para estos
casos, los caudalímetros con placa de orificio, de Venturi y de vórtice han dado resultados
aceptables.
44
E+H Medición de caudal Flujos bifásicos y cavitación
Las mezclas de líquidos y sólidos se denominan “lodos” y algunos caudalímetros como los
de tipo electromagnético funcionan bastante bien, sobre todo si la dirección del flujo es
vertical hacia arriba. Algunos tipos de caudalímetros ultrasónicos también funcionan
razonablemente bien, y ofrecen lecturas que sólo difieren en un pequeño porcentaje del
valor real. De modo parecido, los caudalímetros de tipo placa de arrastre trabajan bien en
caudales de gases/sólidos verticales hacia arriba.
a d
b e
c
f
a b c d e
Fig. 18: Caudales bifásicos (líquido/gas) en tuberías horizontales y verticales.

Tuberías horizontales:
a = Circulación burbujeante, b = Circulación “a trompicones”, c = Circulación estratificada,
d = Circulación con oleaje, e = Circulación discontinua, f = Circulación anular tenue
Tuberías verticales:
a = Circulación burbujeante, b = Circulación discontinua o “a trompicones”, c = Circulación
agitada, d = Circulación anular, e = Circulación anular tenue
45
Flujo en canales abiertos E+H Medición de caudal
Todos los caudalímetros dan resultados erróneos cuando dos fases fluyen juntas. Los
errores de medición más pequeños se obtienen cuando las fases son miscibles y el flujo es
vertical. Por el contrario, los mayores errores se obtienen con flujos estratificados, en cuyo
caso se puede llegar a una desviación de hasta el 50% con respecto al valor real. Todos los
caudalímetros están diseñados para trabajar con una sola fase y están calibrados para este
caso.
Flujo en canales abiertos

Todas nuestras observaciones hasta el momento se han aplicado a caudales en sistemas
cerrados de tuberías. El flujo en canales abiertos es en general menos estructurado y más
complejo. Las ecuaciones que se emplean para calcular los caudales en situaciones de
flujos abiertos son más empíricas, y la incertidumbre en las medidas mayores que en flujos
cerrados.
Los perfiles de velocidad dependen del contorno del canal, de la profundidad del fluido y
de su velocidad. Suelen presentar ondas en la superficie y, así como en las tuberías la
máxima velocidad de flujo se alcanza cerca del centro del fluido, en los canales abiertos
esto ocurre a una profundidad de 5 a 25% por debajo de la superficie (Fig. 19).
En la mayoría de casos, el flujo en canales abiertos presenta varios niveles de
sedimentación y la rugosidad de las paredes del canal puede influir de manera significativa
en la distribución de velocidades. La variación de la velocidad no es constante con la
profundidad, como se puede observar en la Figura 19. Obsérvense también las zonas de
recirculación que se forman en las esquinas de los canales de ángulos rectos.
Fig. 19: Condiciones y perfiles de flujo en canales abiertos.
46
E+H Medición de caudal Flujo en canales abiertos
A menudo se emplean los términos “ flujo estable uniforme” y “flujo estable no uniforme”
para describir los sistemas de flujo en canal abierto:
Flujo estable y no uniforme:
El patrón de flujo estable no uniforme está asociado a cambios en la sección transversal y
en la velocidad del flujo a lo largo del canal. Este patrón de flujo es el que se da en ríos y
canales, en los cuales la descarga se mantiene constante con el tiempo. También se
encuentra en canales cuya profundidad es variable.
Flujo estable uniforme:
El flujo constante uniforme se da sobre todo en canales de hormigón especialmente
diseñados para medición, que se caracterizan por una sección transversal y una velocidad
de flujo constantes a lo largo del canal.
Flujo no constante y no uniforme:
El flujo no constante y no uniforme es muy frecuente, pero difícil de analizar. Un ejemplo
típico es el movimiento de las olas al romper en la costa.
La clave para una buena medición en canales abiertos artificiales consiste en diseñar el
conducto para que el flujo sea laminar en la superficie, e impida la formación de espuma
u ondas que introduzcan errores en las mediciones locales de nivel y velocidad.
En canales muy anchos como ríos o estructuras de tipo esclusa, los perfiles de velocidad
se exageran y la región de alta velocidad se vuelve más alargada y a menudo suele quedar
más cerca de la superficie. Además, los lechos de los ríos tienen una rugosidad muy alta
debido a las plantas, matas, rocas, etc. En estos casos, se pueden originar turbulencias que
pueden subir hasta la superficie en forma de pequeños remolinos y torbellinos.
Número de Froude:
En la hidráulica de canales abiertos, el flujo se suele describir en términos de “rápido” o
“tranquilo”. Un concepto importante en esta relación es el número de Froude (Fr). El
número de Froude se define como el cociente entre una fuerza inicial y el peso de un
volumen del flujo que circula.
v
Fr = ----------------
g⋅h

g Aceleración de la gravedad (9,81 m/s2, 32 pies/s2)
h Profundidad del agua
En términos generales, el número de Froude expresa la propagación de perturbaciones –

por ejemplo, ondas en la superficie – aguas arriba o aguas abajo (véase la Fig. 20). El
47
número de Froude caracteriza la naturaleza de la descarga como función de la velocidad

del fluido:
Fr > 1 (Descarga = rápida / supercrítica):
En flujos abiertos a velocidades altas, las perturbaciones y las ondas en la superficie son
continuamente arrastradas aguas abajo y el número de Froude es siempre mayor que 1.
Los efectos de escalones, las constricciones o los cambios de pendiente en el lecho del
canal sólo se perciben, por lo tanto, aguas abajo. Este punto es de considerable
importancia, en particular en configuraciones para la medición de caudales en canales.
Fr = 1 (Descarga = crítica):
En este caso, las ondas en la superficie se mantienen en una posición fija en la superficie
del fluido mientras la masa general de flujo discurre aguas abajo.
Fr < 1 (Descarga = tranquila / subcrítica):
Cuando hay poca descarga, las ondas pueden viajar aguas arriba, porque la cantidad de
movimiento lineal en la superficie del fluido es insuficiente para impedir dicho
desplazamiento.
La descarga de flujo rápido o tranquilo puede darse en cualquier tipo de sección
transversal del canal. La rugosidad y la pendiente del lecho del canal determinará el patrón
de descarga.
A B
Fr = 0 Fr < 1 Fr = 1 Fr > 1
Fig. 20: Caracterización del flujo según el valor del número de Froude (Fr).
Una piedra arrojada en una masa de agua (A = agua estancada, B = agua corriente) provocará sobre la
superficie un patrón de ondas que se desplazará aguas abajo a un ritmo que varía con la velocidad del
flujo.
48
E+H Medición de caudal Flujo en canales abiertos
Variación del flujo:

Cuando hay un cambio brusco en la velocidad de la corriente después de una constricción
o un canal, se produce el fenómeno del “salto hidráulico” (Fig. 21).
El flujo aguas arriba de la garganta de constricción aún es tranquilo (a). A medida que el
fluido entra en el canal, el flujo por debajo de la superficie se incrementa hasta llegar a ser
“rápido” (b) en la descarga. Al mismo tiempo, el nivel del agua va decayendo.
Por otra parte, aguas abajo de la garganta de constricción, la sección transversal aumenta
y la velocidad del flujo disminuye; en otras palabras, se recupera el patrón de flujo
tranquilo (a). Sin embargo, en este punto, al contrario que la caída gradual vista a la
entrada, el nivel del agua se eleva bruscamente mientras el fluido vuelve tan pronto como
le es posible a un estado de energía más estable (transformación de la energía dinámica en
energía estática). Aquí es donde se puede observar el fenómeno denominado “salto
hidráulico”, evidenciado por una ola estacionaria (c). La ola se genera en la parte delantera
del salto, donde el aire interactúa con la superficie del líquido y la vuelve muy rugosa y
turbulenta. Aguas abajo del salto hidráulico, la superficie se vuelve de nuevo estable y la
turbulencia va desapareciendo.
No siempre se genera una ola estacionaria completamente formada; ello depende de que
la pendiente del lecho sea suficiente para hacer retroceder el agua y cubrir el flujo
supercrítico, en cuyo caso se denomina “flujo sumergido”.
A B
d c
a b a
Fig. 21: Patrones de flujo en un canal.

A = Aguas arriba, B = Aguas abajo.
a = Flujo tranquilo, b = Flujo rápido, c = Salto hidráulico (ola estacionaria), d = Flujo sumergido.
49
50
Flow-es-principles.fm Page 51 Monday, January 3, 2011 10:11 AM
3
Principios de medición de caudales
3. Principios de medición de caudales

Principios de medición – una ojeada E+H Medición de caudal
Principios de medición – una ojeada

El caudal es la variable que se mide con más frecuencia en la industria hoy en día. Agua,
gas natural, vapor, petróleo, sustancias químicas, aguas residuales y corrientes de proceso
son sólo algunos de los fluidos que se miden rutinariamente todos los días. Las muchas
publicaciones periódicas, informes y libros que aparecen anualmente sobre esta materia
son un indicativo de la importancia que ha adquirido la medición de caudales. No hay una
única tecnología que satisfaga todas las múltiples aplicaciones; se dispone, en cambio, de
cientos de diseños, basados principalmente en una decena de principios de
funcionamiento. Cada tecnología o diseño presenta sus beneficios y ventajas particulares.
Tomadas en conjunto, todas estas tecnologías cubren el diverso ámbito de condiciones de
funcionamiento que se puedan dar en cualquier planta de procesos.
La norma BS EN 7405 trata de la clasificación, la selección y las reglas de optimización de
la selección para caudalímetros en sistemas cerrados de tuberías. Esta norma propone 10
grupos básicos que clasifican todas las formas de medición de caudales (véase la tabla). Los
números más bajos (columna izquierda) representan las técnicas más antiguas. Es
interesante observar que las técnicas más antiguas se basan en la extracción de energía del
fluido, mientras que las técnicas más modernas añaden energía al fluido. Hoy en día se
tiende al empleo de caudalímetros sin partes móviles, pues abarcan campos de valores de
medida más amplios, requieren menores caídas de presión, y – por encima de todo – su
desgaste es mínimo.
La tabla siguiente añade dos grupos de más que representan los contadores para
aplicaciones con flujos de sólidos y los contadores para aplicaciones en canales abiertos.
Aunque la norma BS EN 7405 no los incluye, en este manual los vamos a tratar.
Clasificación de caudalímetros según la norma BS EN 7405 (British Standard)
Grupo Descripción Categoría (... energía)
1 Contadores de presión diferencial (PD) extrae

2 Otros contadores PD (VA, Pitot, etc.) extrae
3 Contadores volumétricos extrae
4 Contadores de turbina extrae
5 Contadores de vortex extrae
6 Contadores electromagnéticos añade
7 Contadores por ultrasonidos añade
8 Contadores de caudal másico de efecto añade/extrae
Coriolis
9 Contadores térmicos añade
10 Otros tipos añade/extrae
11 Contadores de flujos sólidos añade/extrae

12 Contadores para canal abierto extrae
52

E+H Medición de caudal Caudalímetros de presión diferencial
La tabla anterior establece una diferencia entre dos tipos básicos de contadores:
• Los que extraen energía del fluido.
• Los que añaden algo al fluido para deducir la velocidad del caudal a partir de la
propiedad añadida.
Una extracción de energía lleva asociada una caída de presión. La mayoría de contadores
pertenecen a esta categoría. Al añadir energía, la caída de presión, si se produce, es
mínima (distinta que la producida por los efectos de rozamiento). Los métodos de
extracción de energía consisten en colocar en la corriente un estrangulamiento, un cuerpo
sólido o un rotor. Éstos convierten la energía potencial del fluido en energía cinética que
se emplea para decidir la velocidad del caudal.
En el segundo tipo de métodos – los que añaden energía –, la energía puede introducirse
en forma de flujo magnético (caudalímetro magnético), de ondas sonoras (caudalímetro
de ultrasonidos), o de calor (caudalímetro térmico para caudal másico). El fluido reacciona
ante ese incremento de energía, y ese cambio permite deducir o medir el caudal.
Caudalímetros de presión diferencial

Nacido en Groningen, Holanda, hace más de 200 años, el científico de familia suiza
Daniel Bernoulli (1700–1782) estableció la base teórica para este método al desarrollar
algunos de los principios de circulación de fluidos (véase la página 22 y sig.). Todos los
caudalímetros de presión diferencial, comúnmente llamados “contadores PD”, utilizan la
diferencia de presión provocada por elementos primarios como placas orificio, toberas,
tubos Venturi, tubos Pitot, etc. Esta presión diferencial se deriva hacia un paso reducido
(no en el tubo Pitot), donde la presión se mide y a partir de ella se puede determina la
velocidad del caudal para un fluido de densidad constante.
El diseño y el cálculo diferencial fueron mejorando a pasos de gigante a medida que se
iban obteniendo nuevos resultados tras décadas de investigación, se publicaban
descubrimientos fundamentales y continuaba el trabajo de estandarización. Los
dispositivos de presión diferencial todavía representan una gran proporción de los
caudalímetros vendidos en todo en mundo. Disponibles en una amplia variedad de
modelos y tamaños, los caudalímetros de presión diferencial constituyen en general un
medio económico y fiable de medir caudales de gases, líquidos y vapor. Los dos diseños
principales más comunes en las aplicaciones industriales actuales son de dos tipos:
• Paso reducido (placas orificio, toberas, tubos Venturi)
• Tubos Pitot
53

Caudalímetros de presión diferencial E+H Medición de caudal
Principio de medición – por paso reducido

Los dispositivos de este tipo (Fig. 22) conllevan la instalación de algún elemento que
reduzca el paso del fluido en el tramo de tubería. Hay de tres tipos, todos ellos detallados
en normas y códigos prácticos ratificados (ISO 5167-1 / A1, AGA, ASME / L.H. Spink):
• Placa de orificios
• Toberas
• Tubos / toberas Venturi
Estos diseños abarcan un amplio espectro de requisitos de funcionamiento y se adaptan

con facilidad a las diversas condiciones de proceso. Las diferencias entre ellos se cuentan
en términos de la pérdidas de carga, tramos rectos de entrada y salida, costes y gastos
generales de instalación y mantenimiento.
v1 v2 v1
D d
∆p
pdin1 pdin2
∆p ∆ω
pestat1 pestat2
Fig. 22: Principio de medición de los caudalímetros de tipo paso reducido (placa de orificio como
ejemplo).
54

La Figura 22 muestra los efectos que causa en el flujo un paso reducido de la tubería, en
este caso con una placa orificio crea un paso estrecho (d). Según la ecuación de Bernoulli,
la velocidad del fluido aumenta de v1 en la tubería general a v2 en el paso estrecho. En
consecuencia, la presión dinámica (pdin) aumenta y la presión estática (pestat) disminuye en
la relación correspondiente a las diferentes velocidades del fluido. La caída de presión
provocada de este modo se suele denominar comúnmente “presión diferencial” (∆p =
pestat1 – pestat2). Esta presión diferencial en función de la velocidad del fluido principal es
una medida directa del caudal que circula por la tubería. Dos tubos capilares comunican
la presión diferencial al transmisor, donde la medición se procesa y se convierte a las
señales de salida correspondientes (véase la Fig. 31).
Si se combina la ecuación de Bernoulli con otras y se aplican los correspondientes
coeficientes empíricos de corrección, se obtiene una única fórmula para calcular el caudal
másico (Q m) o el caudal volumétrico (Q V):
π 2
Q m = C ⋅ E ⋅ ε ⋅ --- ⋅ d ⋅ 2 ⋅ ∆p ⋅ ρ
4
π 2
Q v = C ⋅ E ⋅ ε ⋅ --- ⋅ d ⋅ 2 ⋅ ∆p ⋅ 1 ⁄ ρ
4
Símbolos (de la ecuación del caudal y la Fig. 22):
C Coeficiente de descarga ρ Densidad del fluido

E Coeficiente de velocidad de aproximación ∆p Presión diferencial
(dependiente de la relación β)
ε Coeficiente de expansión pestat1 Presión estática antes de la placa orificio
D Diámetro interior de la tubería pestat2 Presión estática en o inmediatamente
después de la placa orificio
d Diámetro del orificio pdin1 Presión dinámica antes de la placa
orificio
β Relación de diámetros d/D pdin2 Presión dinámica en o inmediatamente
después de la placa orificio
ptot Presión total
v1 Velocidad del fluido antes de la placa ∆ω Pérdida de carga residual (permanente)
orificio después de la placa orificio
v2 Velocidad del fluido en el centro de la
placa orificio
La ecuación anterior ha de ser ligeramente modificada si se quieren medir gases o fluidos

compresibles. Al contrario que los líquidos, cuando se intenta hacer pasar un gas por un
55

paso estrecho, se produce un cambio de densidad además de un cambio de presión.

Puesto que el caudal másico debe permanecer constante, la velocidad en el paso estrecho
v2 debe incrementarse; luego v2 es función de la densidad y la sección transversal. Dicho
aumento de la velocidad en el paso estrecho es a expensas de la energía potencial (presión)
y de la energía interna (temperatura) del gas. Por lo tanto, un gas que pase a altas
velocidades por un pequeño diafragma experimenta tanto un cambio de presión como de
temperatura. Las normas ISO 5167 o AGA 3 explican con detalle este fenómeno.
La descripción de los coeficientes empleados para el cálculo de las expresiones de la
Página 55 se pueden hallar en las correspondientes normas de aplicación. Estos
coeficientes dependen de diversos factores como, por ejemplo, la razón de los diámetros
(β), las características particulares del tipo elemento primario, el número de Reynolds, etc.
El programa “Applicator” de E+H también incluye una lista de estos coeficientes para los
fluidos más importantes.
Pérdidas de carga:
El fluido recupera su velocidad original aguas abajo del paso estrecho. El exceso de presión
dinámica se reconvierte casi por completo en presión estática. La pérdida de carga residual
(véase la Fig. 23) depende de la razón entre los diámetros (β) y, en consecuencia, de la
geometría particular del estrechamiento. Esta pérdida de carga (∆ω), sin embargo, es
considerablemente inferior a la presión diferencial ∆p.
β = d/D
∆ω
0.8 × ∆p
d D
a
∆p
0.1 × ∆p d
c
0.1 0.75 β
Fig. 23: Pérdida de presión residual (∆ω) con elementos primarios con orificio.
a = Placa orificio / tobera normal, b = Tobera, c = Tubo Venturi / boquilla Venturi, d = Tubo de Pitot
Campo de medida de caudal operativo:

En términos generales podemos afirmar que los medidores de presión diferencial permiten
medir caudales de “cero en adelante“. La incertidumbre tiende a ser superior en el
56

extremo inferior del campo de medida por la raíz cuadrada que aparece en la expresión
del cálculo del caudal. El aumento en la incertidumbre del transmisor de presión
diferencial es cuadrático. La razón entre los valores de caudal máximo (qmax) y el caudal
mínimo (qmin) se conoce como rangeabilidad o “turndown”. Por caudal mínimo se suele
entender el caudal más bajo que puede ser medido con una exactitud específica. Los
valores típicos de rangeabilidad (turndown) en la mayoría de aplicaciones se hallan
comprendidos entre 3:1 y 6:1.
La rangeabilidad se puede ampliar significativamente si se conecta en paralelo un segundo
transmisor de presión diferencial con una rangeabilidad más reducida. Por ejemplo, una
configuración de transmisores como la que se muestra en la Figura 24 basta para ampliar
la rangeabilidad (turndown) hasta un valor de 36:1.
Q
1800
∆p
300
10 360 ∆p [mbar]
Q
300
∆p
50
10 ∆p [mbar]
Fig. 24: Rangeabilidad de la medición mediante elemento primario por paso reducido (placa orificio).
De una rangeabilidad de 6:1 se pasa a una de 36:1.
Diseños de los elementos primarios de los contadores por estrechamiento.

El empleo de placas orificio para medir caudales de gas y vapor ha sido una práctica
habitual. Las placas orificio son eficientes y se usan en particular para medir caudales de
gas y vapor, pero también se pueden utilizar con líquidos. Hay una amplia variedad de
modelos de placas orificio (véase la Fig. 25); todos ellos están descritos en las normas del
estándar de aplicación correspondientes. El campo de aplicación incluye desde modelos
con toma de paso angular simple o doble (a, b), hasta dispositivos con toma entre bridas
y entre tuberías (c, f), muy habituales en los EE.UU., o tramos de medición compactos (d).
Otros diseños han evolucionado para cubrir necesidades específicas. Entre éstos podemos
mencionar dispositivos con geometrías de cuarto de círculo segmental, en placa
57

excéntrica y otras geometrías especiales. Algunos de estos diseños son menos sensibles a
la viscosidad, otros permiten rangeabilidades más amplias y algunos están pensados para
fluidos con partículas o “procesos sucios”.
La presión se detecta en tubos o ranuras anulares aguas arriba y aguas abajo del diafragma.
Esta variedad de diseños se corresponde con la diversidad de opciones de instalación,
materiales y áreas de aplicación.
Ventajas:
• Diseño simple y robusto
• Norma estándar de ámbito mundial desde hace más de 60 años, según ISO 5167-1 /
A1, AGA, ASME (L.H. Spink)
• Amplia variedad de materiales (acero, PVDF, Teflón, etc.) para aplicaciones muy
diversas
• Diámetros nominales estándares disponibles desde DN 10 hasta 1.000 (1/2 a 40")
• Inversión inicial baja (dependiendo del modelo)
Inconvenientes:
• Mayor pérdida de carga que en las toberas y tubos Venturi.
• De desgaste comparativamente fácil, y por tanto, distorsión de la medición si la abrasión
o las deposiciones afectan a la geometría del diafragma.
• Los costes de instalación y mantenimiento se incrementan si se incluyen la instalación
de capilares y las válvulas asociadas (excepto para los contadores compactos como
“Deltatop” de E+H).
Los modelos de placa orificio más importantes se describen brevemente a continuación

(Fig. 25):
Modelo de toma rasante en una pieza (según DIN 19205 Parte 1):
La presión se detecta con tomas colocadas inmediatamente antes y después del disco
diafragma. Este modelo está diseñado para ser instalado entre dos bridas. La norma estándar
describe los modelos para diámetros nominales entre DN 50 y 2.000 (2 a 80") y presiones
nominales entre PN 1 y 400 (14 a 5.800 psi).
Modelo de toma rasante en dos piezas (según DIN 19205 Parte 1):
La presión se detecta en ranuras anulares aguas arriba y aguas abajo del disco de
diafragma. Esta configuración asegura un promedio más preciso de la presión diferencial
por toda la sección transversal de la tubería.
Modelo con tomas en brida (según ISO 5167):
La ventaja de este diseño es que los tramos rectos de entrada y salida están integrados en
una única unidad mecánica y todos los componentes vienen ya ensamblados en una
configuración de precisión. Este “tramo de medición compacto” se emplea principalmente
para diámetros nominales de DN 10 a 50 (1/2 a 2").
58

a b c
D D/2
D
Fig. 25: Modelos de placa orificio:

a = Placa orificio (según DIN 19205 Parte 1)
b = Placa orificio (según DIN 19205 Parte 1)
c = Modelo con toma en brida (según ISO 5167)
d = Tramo de medición compacto con tomas en brida (según ISO 5167)
e = Placa orificio para inserción entre dos bridas (según ISO 5167)
f = Modelo con tomas en tubería a distancia D y D/2 (según ISO 5167)
59

Modelo con toma en brida (según ISO 5167)

Este modelo utiliza las bridas de las tuberías adyacentes aguas arriba y aguas abajo del
diafragma. Según la norma ISO 5167, las tomas están ubicadas a 25 mm (1") aguas arriba
del disco y a 25 mm (1") aguas abajo en las respectivas secciones transversales. Este
modelo facilita el reemplazo de la placa orificio, lo cual posibilita insertar con facilidad
placas orificio de distintos diámetros (d) e incrementar así el campo de valores de medida
del caudal.
Sustitución del disco de diafragma (según ISO 5167):
Este tipo de disco de diafragma se instala entre dos bridas existentes. El diámetro exterior
tiene un tamaño adecuado para asegurar que los tornillos de fijación mantienen el disco
perfectamente centrado. El operario deberá perforar los orificios para las tomas de presión
de acuerdo con la norma estándar empleada. Ésta define tres ubicaciones posibles distintas
para las tomas de presión:
• Toma rasante
• Toma en brida
• Tomas a distancia D y D/2: Las tomas se sitúan a una distancia bien definida antes y
después del diafragma. El operario deberá perforar los orificios para las tomas de
presión; éstos deben ser perpendiculares al eje de la tubería y estar libres de rebabas.
Tubos / toberas Venturi se emplean principalmente para medir caudales de líquidos,

por ejemplo en sistemas de distribución de agua, o de biogases procedentes de plantas de
tratamiento de aguas residuales. Estos elementos primarios originan pérdidas de carga
mucho menores que las placas orificio o toberas, por lo que requieren menor presión de
bombeo. Sin embargo, su incertidumbre es ligeramente superior que con las placas orificio
por las presiones diferenciales inferiores que suelen involucrar. Los tubos Venturi y las
toberas Venturi disponen de un difusor de salida divergente que constantemente reduce
la velocidad del fluido mientras la presión aumenta.
–
ØD
Ød
+
–
ØD
Ød
Fig. 26: Modelo tobera Venturi (arriba) y modelo tubo Venturi (abajo).
60

Ventajas:
• Pérdidas de carga menores que con las placas orificio
• Resistente al desgaste interno
• Menos sensibles a las perturbaciones originadas aguas arriba
• Buena ejecución para valores de β elevados y para tamaños grandes
Inconvenientes:
Las desventajas respecto a las placas orificio son:
• Mayores longitudes en general
• Costes de instalación y mantenimiento superiores
• Los diámetros nominales grandes presentan problemas de manejo (un mayor peso
muerto en el transporte)
Las toberas son un buen compromiso entre los tubos Venturi y las placas orificio porque
combinan un diseño compacto con unas pérdidas de presión razonablemente bajas. Hay
de dos tipos –toberas según ISA 1932 y toberas de radio largo según ISO 5167-1/A1
(Fig. 27).
Por su sección de entrada redondeada con radio, las toberas pueden tolerar velocidades
de circulación del fluido muy altas y también resultan una buena elección para fluidos
abrasivos. La presión diferencial es inferior que en las placas orificio, y en consecuencia,
las pérdidas de presión también, pero la incertidumbre en la medición es ligeramente
superior.
La presión se detecta en tubos o ranuras anulares, de modo muy parecido al caso de las
placas orificio.
+ –
+ –
ØD
Ød
ØD
Ød
Fig. 27: Modelos de tobera. Izquierda: tobera ISA 1932. Derecha: tobera de radio largo ISO 5167-1/A1
61

Principio de medición – Tubos Pitot

Los tubos Pitot también se basan en diferencias de presión. El tubo de Pitot se instala en
tuberías transversalmente a la dirección de circulación del fluido o en conductos de
sección rectangular (véase la Fig. 28).
El elemento medidor, un detector en forma de varilla, tiene uno o varias hendiduras en la
parte anterior y en la posterior, conectadas a un transmisor de presiones diferenciales por
dos canales independientes (véase la Fig. 29).
Las hendiduras en la parte anterior registran la carga total de presión (= presión dinámica
más presión estática). Las hendiduras en la parte posterior sólo detectan la presión estática.
En consecuencia, la presión diferencial entre la parte anterior y la parte posterior
corresponde a la presión dinámica en la tubería, de donde se puede calcular el caudal
directamente a partir de las ecuaciones previamente discutidas. El detector atraviesa todo
el diámetro de la tubería y las hendiduras están distribuidas de tal modo que registren un
promedio representativo de la velocidad del fluido. Esto no significa, sin embargo, que
estos detectores sean totalmente inmunes a los efectos derivados del perfil de velocidades
y las turbulencias (véase la página 30). Los tubos Pitot originan una pequeña presión
diferencial que los transmisores de presión diferencial modernos son capaces de detectar
con un alto grado de exactitud. En consecuencia, el empleo de tubos Pitot va siendo cada
vez más habitual.
+ – + –
pdin
pdin+pestat pestat
Fig. 28: El principio de medición de los tubos Pitot (modelo de puerto múltiple).
62

Las ecuaciones para el cálculo del caudal másico (Qm) y el caudal volumétrico (QV) se
pueden escribir de manera simplificada:
Qm = K ⋅ 2 ⋅ ∆p ⋅ ρ y QV = K ⋅ 2 ⋅ ∆p ⋅ 1 ⁄ ρ
Símbolos (de la ecuación del flujo y la Fig. 28):

K Constante pestat Presión estática
ρ Densidad del fluido pdin Presión dinámica
∆p Presión diferencial
El parámetro K depende de las características de diseño del detector y del diámetro

interior de la tubería. El valor de este parámetro se obtiene por métodos empíricos
mediante un proceso de calibración.
Las pérdidas de carga en los tubos Pitot son significativamente inferiores que en los
métodos por estrechamiento, en particular, en tuberías de diámetro muy grande. No
obstante, los efectos debidos al perfil de velocidades y las turbulencias pueden ser más
significativos para diámetro mayores de 1.000 mm (40"). El efecto del desgaste en la
exactitud de la medición es totalmente despreciable (≤1,5% v.l.).
Fig. 29:
Tubo de Pitot “Deltatop” de E+H.
Se observan claramente las tomas
de presión (arriba), el colector
(centro) y el transmisor de presión
(abajo).
63

Henry Pitot (1695–1771) describió este método de medición por primera vez en 1732 y
lo empleó para determinar la velocidad de navegación de navíos. Hoy en día, cualquier
aeronave dispone de dos o más tubos Pitot para medir la velocidad del aire.
Ludwig Prandtl (1875–1953) combinó el tubo de Pitot con una toma de presión estática.
Los sensores que se basan en estos principios tienen hasta cuatro de estos tubos Prandtl
dispuestos por toda la sección transversal de la tubería (modelo de puerto múltiple).
Los tubos Pitot y Prandtl son de uso generalizado en laboratorios y son además una elección
habitual en mediciones temporales de velocidades puntuales de fluidos en sistemas de
tuberías para averiguar velocidades de fluido relativas.
A B
ptot ptot
pdyn + pstat pstat
ptot
pdyn
Fig. 30: Principio de medición de un tubo de Pitot (A) y un tubo de Prandtl (B).
pdin = Presión dinámica, pestat = Presión estática, ptot = Presión total
Sistemas de medición de caudal PD

Un sistema completo de medición de presiones diferenciales consta de diversos
componentes (Fig. 31):
• Elemento principal (a) – Un paso estrecho o un tubo de Pitot
• Válvulas de cierre (b)
• Capilares (c) para transmitir las presiones medidas
• Manifold (d)
• Transmisor de presiones diferenciales (e), incluida la fuente de alimentación
• Cámara de condensación (f) en sistemas de vapor
64

A B
Fig. 31: Sistemas típicos para medidores PD.

A = para líquidos, B = para vapor, C = para gas
a = Elemento principal (p.ej. placa orificio o tubo de Pitot), b = Válvulas de cierre, c = capilares,
d = Manifold, e = transmisor de presiones diferenciales (incluida la fuente de alimentación),
f = Cámara de condensación o pote de condensado
65

Los capilares (c) conectan el elemento primario (a) con el transmisor de presión diferencial
(e). La disposición varía según el diseño del equipo, la aplicación y el tipo de fluido. Los
capilares también alcanza a las válvulas de corte (b) detrás de las tomas de presión y al
Manifold (d). El Manifold mantiene el transmisor aislado y a presión diferencial cero en
condiciones de proceso. El transmisor de presión diferencial puede ser reemplazado sin
necesidad de interrumpir el proceso.
Los sistemas con capilares son esenciales en aplicaciones con temperaturas de proceso
altas (p.ej. >300 °C/570 °F) para que el calor excesivo no perjudique la electrónica del
transmisor. Para temperaturas inferiores a los 300 °C (570 °F), E+H ofrece el sistema de
medición “Deltatop”, con capilares integrados (Fig. 32).
Fig. 32:
Modelo compacto de un sistema
con placas orificio.
Foto: “Deltatop” de E+H. Se observa
claramente la placa orificio (abajo),
el Manifold (centro) y el transmisor
de presión diferencial (arriba).
Configuración de instalación para líquidos (Fig. 31 / A):

El transmisor de presión diferencial está situado en la parte inferior del elemento primario
o tubería principal. De este modo, los capilares están siempre en contacto con el líquido
66

y las burbujas de gas pueden escaparse hacia la tubería de proceso. Las tomas de presión
están situadas generalmente en el tercio inferior de la tubería para minimizar el riesgo de
formación de burbujas, que podrían incluso introducirse en los capilares.
Configuración de instalación para vapor (Fig. 31 / B):
El transmisor de presión diferencial está situado en la parte inferior del elemento primario
o tubería principal. Así, los capilares están siempre en contacto con el líquido y las
burbujas de gas pueden escaparse hacia la tubería de proceso. La condensación se produce
constantemente en las cámaras de condensación. La condensación excesiva regresa a la
tubería de proceso y se vuelve a evaporar. Las cámaras de condensación garantizan una
altura hidrostática del líquido constante en ambos capilares, que deben ser exactamente
de la misma longitud para eliminar efectos sesgos por efecto de la presión estática en el
diafragma del transmisor.
Configuración de instalación para gases (Fig. 31 / C):
El transmisor de presión diferencial está situado en la parte superior del elemento primario
o tubería principal. Con ello se evita que entre humedad o que precipite en los capilares
y éstos se mantienen secas. Las gotas de humedad condensada se deslizan hacia abajo por
la tubería de proceso.
Ventajas e inconvenientes
Ya se han comentado los pros y contras que presentan los distintos elementos básicos.
Pero además es conveniente tener en cuenta otras características generales:
Ventajas generales de los medidores PD considerados:
• Son universalmente aptos para aplicaciones que involucren líquidos, gases y vapor.
• Resultan un método excelente incluso en condiciones de proceso extremas (hasta 400
bar / 5.800 psi y hasta 1.000 °C / 1.800 °F).
• Permiten sustituir los transmisores de presión diferencial durante el proceso sin
necesidad de parar el equipo.
• Sus elementos básicos son robustos porque son enteramente mecánicos y sin partes
móviles.
Inconvenientes generales de los contadores PD considerados:

• Son adecuados para fluidos de baja viscosidad hasta 50 mPas, excepto si se emplean
modelos de placa orificio especiales.
• En medición de gases, las condiciones de proceso (presión, temperatura) deben ser lo
más estables posible. Si no es posible alcanzar esta situación, un ordenador puede
utilizar las mediciones de temperatura y presión locales para compensar las señales de
medición del caudal en las variaciones de proceso.
• No son posibles ciclos de procesamiento por lotes cortos (de menos de 1 minuto).
• El sistema de medición en las versiones remotas puede requerir válvulas y capilares. Las
configuraciones compactas (Fig. 32), por el contrario, reducen el gasto de instalación.
67

Ventajas específicas de las placas orificio, las toberas y los tubos Venturi:
• El método ha sido utilizado durante muchos años y está bien aceptado.
• Son métodos estándar de ámbito mundial.
• Admiten la gama más grande de diámetros nominales.
• La relación β puede ser optimizada para obtener una señal máxima con una pérdida de
presión permanente mínima.
• Los métodos de cálculo son estandarizados y no es necesaria una calibración para cada
fluido.
• Con placas orificio, el incremento de los precios con el tamaño (DN > 300/12") es
marginal.
• No poseen partes móviles.
Inconvenientes específicos de las placas orificio, las toberas y los tubos Venturi:
• El estándar no cubre los diámetros inferiores a DN 50 (2").
• Son sensibles a las variaciones en el perfil de velocidades y a las turbulencias.
• No son aptos para aplicaciones higiénicas.
Ventajas específicas de los tubos Pitot:

• Método económico de medición de caudal, incluso en diámetros de tubería grandes.
• El método ha sido utilizado durante muchos años.
• Los diámetros nominales de DN 25 hasta 2.000 (1 hasta 80") se hallan como
estándares. Longitudes especiales hasta 12 metros (40 pies).
• También adecuado para conductos de sección rectangular.
• Fáciles de instalar (y pueden montarse a posteriori).
• Las pérdidas de carga son bajas en comparación con las placas orificio.
• Se pueden emplear tipos transversales para comprobar distorsiones en el perfil de
velocidades.
Inconvenientes específicos de los tubos Pitot:

• La exactitud no es tan buena como la de las placas orificio.
• No son aptos para aplicaciones higiénicas.
• Un alineamiento correcto es fundamental.
Aplicaciones
Los medidores de presión diferencial se pueden emplear para medir una amplia gama de
caudales, tanto en líquidos como en gases o vapor. La gran cantidad de datos empíricos
ha sido incorporada a numerosos estándares. En consecuencia, este método de medición
se acepta en la mayoría de países y está ampliamente difundido. La medición de vapor y
gases condensados a altas temperaturas en sistemas secundarios continúa siendo su
principal área de aplicación.
Los tubos Pitot son una alternativa viable a las placas orificio en situaciones en que las
pérdidas de presión deban mantenerse en el nivel más bajo posible, o en aplicaciones con
68

diámetros nominales grandes. Los ejemplos que se muestran a continuación representan

dispositivos en uso para medición del caudal de un gas condensado, agua caliente y
sistemas de refrigeración.
Fig. 33: Medición de un gas condensado con un tubo de Pitot. Foto: “Deltatop” de E+H.
Circulación de vapor condensado – medición con un tubo Pitot (Fig. 33):

En este ejemplo se observa un dispositivo para medir el caudal de retorno de gas
condensado en una tubería. El tubo de Pitot (Deltatop DPP10 de E+H) sólo provoca
pérdidas de carga menores y se ha vuelto a montar en la tubería original.
Sistemas de agua caliente – medición con una placa orificio (Fig. 34):
Por razones de seguridad, en este sistema se han instalado dos válvulas de corte en cada
una de los capilares. También se han instalado calorifugado que impide que los capilares
estén en contacto con las partes calientes. Los capilares conectan en bajada con el
transmisor de presión diferencial (Deltaset PMD75 de E+H). El manifold de cinco válvulas
del transmisor de presión diferencial tiene varias funciones, entre las que se incluyen
preparar el equipo y mantenerlo a presión diferencial cero y aislado.
Sistemas de refrigeración – medición con placas orificio (Fig. 34):
La placa orificio de dos piezas (Deltaset DPO51 de E+H) con diseño de toma de paso angular
con ranura anular se ha instalado en una tubería vertical de DN 150 (6"). Esta aplicación
dispone también de un colector de cinco válvulas.
69

Fig. 34: Placas orificio en uso. Izquierda: medición de agua caliente. Derecha: medición del caudal en
un sistema de refrigeración. Fotos: Sistema de medición “Deltaset” de E+H.
Preguntas más frecuentes

¿Qué tipo de fluidos se pueden medir con los medidores PD?
Líquidos, gases y vapor.
¿Cuál es el caudal mínimo de diseño?
Al 100% del caudal (valor de fondo de escala), la presión diferencial calculada debería ser
mayor de 1 mbar. También hay las limitaciones impuestas por el número de Reynolds.
Para tomas en brida, el Re mínimo es 8.000, para tomas de paso angular es 5.000 y para
tomas en tubería es 14.000. Algunos diseños alcanzan valores aún menores, como por
ejemplo, las placas orificio de segmentales y de cuarto de círculo. El número de Reynolds
para los tubos Venturi es 20.000, para tubos Pitot es 10.000, y para toberas, 80.000. A
caudal mínimo debería alcanzarse por lo menos una presión diferencial de 0,5 mbar; en
caso contrario, los errores de sesgo, los factores de instalación, etc., podrían adquirir una
gran influencia.
¿Cuál es el caudal máximo de diseño?
El límite superior viene determinado por el número de Reynolds. La norma aceptada
establece los límites superiores para distintos modelos; por ejemplo, 2 x 106 para los tubos
Venturi, 108 para placas orificio y 107 para toberas. El software “Applicator” para selección
y configuración de E+H lanza un aviso si la velocidad del fluido es superior a 12 m/s (40
70

pies/s) para líquidos o 60 m/s (197 pies/s) para gases o vapor. Estos valores se pueden
sobrepasar en algunos casos, pero en estas circunstancias es muy importante asegurarse
de que no haya cavitación.
¿Qué componentes forman un sistema de medición completo?
Un punto de medición completo instalado cerca de un elemento reductor del paso consta
de los componentes siguientes: el elemento primario, las válvulas de corte, los capilares,
un manifold y un transmisor de presión diferencial (véase la Fig. 31). La configuración de
una línea de vapor incluye además cámaras (o potes) de condensación.
¿Dónde deben instalarse los transmisores de presión diferencial?
El transmisor de presión diferencial siempre tiene que estar instalado en una posición para
la cual los capilares detecten siempre seco o siempre presencia de líquido, según el tipo de
aplicación (véase la Fig. 31).
¿Qué hacer si se producen fuertes vibraciones?
Las vibraciones de la tubería no afectan a los medidores de tubo Pitot ni a los de placa
orificio porque las líneas de señal eléctricas y el transmisor del sistema de tuberías son
sistemas desacoplados.
¿Cómo afectan la temperatura y la presión a las mediciones?
En general, los efectos son despreciables para el caso de los líquidos, aunque dejan de serlo
si la presión y la temperatura provocan un cambio en la densidad del fluido.
La densidad en gases y vapores es una propiedad que cambia con la temperatura. Sin
embargo, con un ordenador se pueden compensar los efectos de la temperatura. También
es importante tener en cuenta la composición del gas, si el fluido que se pretende medir
es una mezcla.
¿Cómo afectan los sedimentos y los desperfectos en las placas orificio y los tubos y
toberas Venturi?
Pueden ser la causa de valores de medición erróneamente altos o bajos. Los bordes de un
disco de placa orificio han de ser cortantes, y la rugosidad de la superficie en los tubos y
toberas Venturi constante (como estipula la norma ISO 5167).
¿Cómo influye un caudal pulsante en los medidores de presión diferencial?
Las pulsaciones de caudal pueden dar lugar a valores de medición erróneamente altos en
todos los medidores de presión. El error de medición real depende de la amplitud y la
frecuencia de las pulsaciones. Al aumentar éstos, los valores obtenidos en la medición
resultan excesivamente altos. Esto es debido a la relación no lineal entre el caudal y la
presión diferencial creada por el caudalímetro (ecuación de Bernoulli). Si el caudal es
pulsante, hay que reducir la amplitud de las pulsaciones con atenuadores o capilares largos
en las proximidades del punto de medición.
71

Caudalímetros de sección variable E+H Medición de caudal
Caudalímetros de sección variable
Principio de medición
Un caudalímetro de sección variable es un instrumento relativamente simple y eficaz para
la medición de caudales de gases y fluidos. El dispositivo consiste en un tubo vertical
graduado hacia arriba en cuyo interior hay un flotador de vidrio o metal en suspensión en
el fluido, que entra desde abajo. La fuerza que ejerce el fluido sobre el flotador depende
de la densidad, la viscosidad y la velocidad del fluido.
Cuanto mayor es la velocidad del caudal y, por lo tanto, la fuerza que desarrolla, más alto
flotará el flotador en el interior del tubo graduado. El espacio que queda entre el flotador y
la pared del tubo se ensancha a medida que el flotador se mueve hacia arriba, hasta que las
fuerzas que actúan sobre el flotador se equilibran y el flotador permanece suspendido a una
altura constante (Fig. 35).
FG = FA + FS
FG = VS ⋅ ρS ⋅ g = Peso del flotador
FA = VS ⋅ ρM ⋅ g = Flotabilidad del flotador
FS = cw ⋅ AS ⋅ ½ ⋅ ρM ⋅ v2 = Arrastre del fluido
DK
DS
FS
FA
FG
Fig. 35: Principio de medición de

los caudalímetros de sección
variable.
Fotografía: Vögtlin Instruments AG,
Aesch (CH)
72

E+H Medición de caudal Caudalímetros de sección variable
El caudal volumétrico (Qv) se calcula a partir de la expresión siguiente:
1-
Al introducir el coeficiente de flujo α = ------ , la expresión para el caudal Qv queda
Cw
finalmente:
Símbolos (en la ecuación para el caudal y en la Fig. 35):

VS Volumen del flotador ρS Densidad del flotador
mS Masa del flotador ρM Densidad del fluido
α Coeficiente de flujo
cw Coeficiente de arrastre (depende de la geometría del flotador y del número de Reynolds)
AS Área de la sección transversal del flotador a la altura de la superficie de lectura
AR Área del espacio circular entre el flotador y la pared graduada
g Aceleración de la gravedad (9,81 m/s2, 32 pies/s2)
DK Diámetro interior del tubo a la altura de la superficie de lectura del flotador
DS Diámetro del flotador a la altura de la superficie de lectura
Los caudalímetros de sección variable obedecen al mismo fenómeno físico que los
caudalímetros de presión diferencial. Sin embargo, los principios de medición en que se
basan ambos tipos de contadores son opuestos. En los contadores de presión diferencial el
área es constante y una variación en la presión diferencial indica una variación en la
velocidad del caudal. En los contadores de sección variable, por el contrario, la presión
diferencial que experimenta en flotador es constante y una variación en la sección
transversal (la posición del flotador dentro del tubo) indica un cambio en la velocidad del
fluido.
Si el tubo es de vidrio, cumple en sí mismo la función de mirilla y permite leer el caudal
directamente. Siempre y cuando, por supuesto, el fluido sea transparente, pues en caso
contrario el flotador no es visible.
Si el tubo es metálico, la posición del flotador puede ser transmitida por medios
magnéticos a una escala en el exterior del tubo o bien detectada por inducción magnética
y convertida en señal eléctrica.
Algunos caudalímetros de sección variable también incorporan conmutadores de nivel
integrados o salida analógica para conexión a un indicador de caudal. Además de los
contadores de tubo de vidrio graduado habituales en multitud de aplicaciones, todos los
73

tipo de unidades se pueden encontrar también en materiales altamente resistentes para

condiciones de proceso duras. El abanico convencional de materiales para el tubo de
medición (y del revestimiento interior) incluyen acero, acero inoxidable, plástico (PP,
PTFE), vidrio y goma dura. Los contadores de sección variable de alto nivel van equipados
con microprocesadores y pueden manejarse desde indicadores / teclados especiales.
Modelos de flotador
El flotador ha de mantenerse correctamente centrado en el tubo de medición, en caso
contrario el caudalímetro no dará una lectura correcta. Con este propósito, en el interior
del tubo existen unas guías, o bien la cabeza del flotador está estriada de tal modo que la
circulación del fluido le obliga a girar para mantener su estabilidad inherente. Por este
motivo, este tipo de caudalímetro también se conoce con el nombre de Rotameter ®. Los
múltiples modelos de flotador y formas de los tubos de medición permiten adaptar el
campo de valores de medida a las diversas condiciones de proceso (Fig. 36):
• Se puede elegir un modelo y una forma específicos de flotador que tenga en cuenta los
efectos de la viscosidad del fluido en la lectura. Se dispone de una amplia variedad de
materiales para el flotador, pues la densidad de este componente permite determinar el
campo de valores de medida del sistema: acero inoxidable, tantalio, vidrio, zafiro
sintético, plástico (PE, PTFE, goma dura, PVC), metal monel y níquel, además de
aleaciones especiales.
• La sonda de toma de presión en el tubo de medición linealiza el movimiento del
flotador. El escalado depende del tipo de fluido y de los datos del proceso, por lo que
dicha información se muestra en la escala. Si las condiciones de trabajo del
caudalímetro cambian, dentro de unos límites es posible volver a ajustar o calcular la
escala para que se adapte a la nueva situación.
a b c
Fig. 36: Modelos de flotador

a = Flotador giratorio (de lectura directa y como indicador en tubos de vidrio). Las estrías en ángulo
causan el giro.
b = Flotador insensible a la viscosidad.
c = Flotador diseñado para ampliar el campo de valores de medida en un +30% (pero sensible a los
efectos de la viscosidad).
74

Ventajas:
• Para aplicaciones de líquidos, gases o vapor.
• Método de medición del caudal de bajo coste por su diseño simple.
• No requiere fuente de alimentación.
• Los dispositivos con mirilla permiten una supervisión a pie de instalación, fácil y fiable
del proceso y del caudal.
• Pérdidas de carga bajas.
Inconvenientes:
• La exactitud de la medición depende de las condiciones de proceso y de las propiedades
del fluido.
• Requiere calibración específica para cada fluido.
• Campo reducido limitado (máx. 10:1).
• Sensible a la intrusión de materiales; no adecuado para líquidos que transporten sólidos.
• Sólo apto para fluidos de baja densidad.
• No dispone de función de totalización.
• El caudalímetro ha de instalarse en una tubería vertical (circulación de abajo arriba), en
otro caso podría no funcionar correctamente.
Aplicaciones
Por su bajo coste, los dispositivos de sección variable se hallan entre los tipos de
caudalímetros más frecuentemente empleados en la industria, por ejemplo, como simples
controladores de caudal. Los más populares son los diseños simples con tubo de vidrio
ahusado y escala directamente legible (mirilla). Estos contadores tienen un precio
ajustado, constituyen un modo simple de indicar la velocidad del caudal, y presentan la
ventaja añadida de no necesitar alimentación eléctrica. El principio es completamente
adecuado para medir caudales de volumen mínimos. No hay modelos de este tipo
disponibles para tamaños de tubería por encima de los 250 mm (10").
Control de caudal:
Cuando van equipados con conmutadores de límite de nivel, los contadores de sección
variable se consideran como “controladores de caudal” fáciles de instalar, adecuados para
casi cualquier ámbito. A menudo, este tipo de contadores demuestra ser una de las pocas
soluciones para aplicaciones de poco caudal.
Control manual del caudal:
En muchos casos, los caudalímetros de sección variable presentan otra ventaja
fundamental. La válvula manual integrada en su base permite controlar manualmente el
caudal (Fig. 37). Este es el modo más rendible de controlar procesos en aplicaciones
sencillas no automatizadas.
75

Indicación del caudal:

Los contadores con indicador local (mirillas) están bien equipados para observar y ajustar
el caudal en un sistema de un vistazo. Los contadores de área variable a menudo no
necesitan alimentación eléctrica y se suelen emplear en plantas químicas, instalados por
ejemplo junto con otros contadores y equipos de instrumentación electrónicos más
sofisticados, como control de emergencia en caso de fallos en el suministro eléctrico. Y en
muchas plantas de suministro de agua, las sustancias químicas se añaden a partir de las
lecturas visuales tomadas en simples caudalímetros de sección variable.
Fig. 37: Caudalímetros de sección variable para control de proceso (control de caudal).
76


¿Las propiedades del fluido afectan al resultado de la medición?
Los parámetros del fluido deben estar bien definidos y ser constantes, de lo contrario no
es posible efectuar mediciones con exactitud. Cualquier desviación de las condiciones del
modelo original relativas a la densidad o la viscosidad del fluido añadirán un cierto error,
a menos que la escala se ajuste convenientemente. Algunos modelos reducen los errores
debidos a la viscosidad del fluido.
¿Qué factores deben tenerse en cuenta al trabajar con fluidos corrosivos?
Los caudalímetros de sección variable se pueden fabricar con materiales de alta
resistencia. Sin embargo, si el tubo ahusado de vidrio o plástico transparente no es
resistente a la corrosión, no es posible tener una lectura visual directa. En estos casos,
cualquier caudalímetro metálico con escalas de lectura indirecta es una alternativa viable.
¿Cómo se define la exactitud de una medida?
El error de una medida se da siempre como un porcentaje del valor de fondo de escala
(% v.f.e.). Cada fabricante de contadores ofrece exactitudes distintas, todas ellas
estandarizadas. El error límite para los contadores de alta precisión está en torno a 0,5%
v.f.e., mientras que un valor en torno a 5% v.f.e. no es inusual para contadores simples de
plástico con escala en el tubo ahusado. Los contadores de alto nivel van provistos de un
historial de calibración. La calibración húmeda puede reducir la incertidumbre en la
medición, sobre todo en el extremo inferior del campo de valores de medida.
¿Este tipo de contadores puede generar señales eléctricas?
Incluso los contadores más simples pueden estar equipados con detectores de valor límite
para montar en el tubo ahusado. Los dispositivos de alto nivel disponen de un sensor de
valor medido con salida analógica. También hay disponibles en el mercado caudalímetros
de sección variable con una interfaz PROFIBUS.
¿Cómo evitar errores de instalación?
En general, los caudalímetros de sección variable han de instalarse en tramos de elevación
vertical. No necesitan tramos de entrada y salida. En tuberías horizontales se pueden
instalar modelos de sección variable especiales, pero requieren un diámetro nominal
mínimo de 6 veces el diámetro nominal corriente arriba y 3 veces el diámetro nominal
corriente abajo, según las recomendaciones de cada suministrador.
¿Se pueden emplear caudalímetros de sección variable en procesos en que se produzcan
sobrecargas de presión ocasionales?
Deben evitarse las aplicaciones de este tipo. Es especialmente importante ser prudente si
el proceso involucra gases o líquidos peligrosos. Las sobrecargas de presión muy fuertes
pueden empujar el fluido hacia arriba a suficiente velocidad como para golpear el tubo
ahusado de vidrio y romper el caudalímetro.
¿Cuáles son los límites de temperatura y presión de proceso para este principio de
medición?
Los modelos con cuerpos ahusados hechos de metal suelen estar preparados para soportar
temperaturas de hasta 450 °C (840 °F) y presiones de 100 bar (1.400 psi) aproximadamente.
77

Caudalímetros volumétricos E+H Medición de caudal
Caudalímetros volumétricos
Los caudalímetros volumétricos, o de desplazamiento positivo, son el único tipo de
caudalímetros que indica el caudal volumétrico. Hay modelos de todos los tipos y
medidas. En tanto que familia, son en conjunto los mejores dispositivos de medición de
caudal volumétrico. Sin embargo, sólo se pueden emplear con fluidos limpios y presentan
limitaciones de tamaño y velocidad de caudal en comparación con otros tipos de
caudalímetros. Son conocidos en todo el mundo simplemente como “contadores PD”
(positive displacement flowmeters).
Los dispositivos que funcionan según este principio disponen de cámaras desplazables que
dividen el fluido en volúmenes fijos conocidos con precisión a medida que éste pasa por
el caudalímetro (Fig. 38). El recuento de los volúmenes individuales de fluido da el valor
total del caudal. Las cámaras de medición internas (sistemas de engranajes, émbolos u
otros elementos) se mueven por la propia presión de la tubería. El número de giros es un
indicador del volumen que ha pasado por el caudalímetro.
Fig. 38: Principio de funcionamiento de los caudalímetros volumétricos (aquí un ejemplo de

caudalímetro de engranajes ovalados).
Los caudalímetros volumétricos son únicamente dispositivos de medición del volumen de

caudal y sólo pueden registrar el caudal en un único sentido (son unidireccionales). El
llenado y el vaciado cíclicos de las cámaras impone un cierto grado de pulsación al fluido.
La intensidad de la pulsación a la salida depende de la velocidad del caudal y del modelo
de caudalímetro. Por ello es necesario acomodar las señales analógicas a estas pulsaciones
antes de utilizarlas como funciones de control.
El movimiento interno de las cámaras de medición se puede transmitir directamente a un
caudalímetro mecánico. O, alternativamente, los caudalímetros volumétricos pueden
estar equipados con bobinas inductivas u otros tipos de generadores de señal. Al contrario
78

E+H Medición de caudal Caudalímetros volumétricos
que otros tipos de contadores, los caudalímetros volumétricos pueden funcionar sin
alimentación eléctrica externa.
Todos estos caudalímetros tienen en común un amplio rango de valores de medida, que
supera la relación 40:1 (puede alcanzar los 400:1) sin que varíe su error sistemático de
medición. El cuidado en el manejo y un buen ajuste de los intersticios entre el elemento
de medición y el cuerpo del caudalímetro ayudan a ello. Los contadores PD son una de
las pocas clases de caudalímetros en que su exactitud de medición aumenta al aumentar
la viscosidad del fluido. Además, su funcionamiento no se ve afectado por turbulencias,
vórtices u otros perfiles de velocidad distorsionantes. Sin embargo, la presencia de una
segunda fase (aire o sólidos en el líquido) puede perturbar significativamente su ejecución.
E [%] 1.0 4 ∆p
0.5 2
0
200 400 600 800 1000 1200 Q [gal/h]
-0.5
-1.0
Fig. 39: Error de medición E (línea continua) y pérdida de carga ∆p (línea discontinua) con
contadores PD.
La Figura 39 muestra la característica de funcionamiento típica de un contador PD. Para

velocidades del fluido bajas, la resistencia por rozamiento en el caudalímetro es grande en
comparación con la fuerza de impulsión. Parte del fluido puede quedar sin registrar al
escurrirse por los intersticios entre las partes mecánicas. Estas pérdidas se denominan
“deslizamientos de fluido” y también son habituales en algunos tipos de contadores de
turbina. A medida que la velocidad del fluido aumenta, el error de medición se incrementa
hasta un valor máximo y luego vuelve a disminuir. A velocidades del fluido altas, el error
también aumenta por los efectos inerciales que se producen en el interior del cuerpo del
caudalímetro. El uso prolongado a altas velocidades provoca el desgaste de los
componentes y con ello mayores deslizamientos de fluido a través del caudalímetro. A
continuación resumimos las características de este tipo de contadores:
• La pérdida de carga aumenta con la velocidad del fluido y según el material de
fabricación. En consecuencia, incluso la más insignificante de las imprecisiones de
79

fabricación que afecten al interior de las cámaras de medición pueden originar una fuga
perceptible durante el funcionamiento del caudalímetro.
• Las lecturas son en general más bajas de lo que deberían cuando la velocidad del caudal
es o muy baja o muy alta.
La Figura 40 muestra una familia típica de curvas de ejecución. Para un mismo caudal, al
aumentar la viscosidad disminuyen las fugas de fluido y mejora la incertidumbre de la
medición, mientras que la pérdida de carga aumenta. Debido a los efectos de la viscosidad,
los contadores PD deberían calibrarse para unas condiciones de proceso cercanas a las de
trabajo y con el fluido que se va a utilizar (por ejemplo, al medir sustancias de cierto valor
económico, como algunos hidrocarburos).
E [%] ∆p
f e d
0
f
e
d c
c b
-1 b a
0 20 40 60 80 100
[% Q max ]
Fig. 40: Efecto general de la viscosidad en el error de medición E (línea continua, en % de Q) y pérdida
de carga ∆p (línea discontinua) para contadores de tipo PD. a = Gasolina, b = Agua, c = Aceite ligero,
d = Aceite medio de 20 cP, e = Aceite pesado de 100 cP, f = Aceite de 300 cP
Algunos tipos de contadores PD ofrecen exactitudes superiores a ±0,1%, y en algunos

casos proporcionan valores cercanos incluso a los conseguidos por un sistema de
calibración. En el extremo opuesto de la escala, miles de modelos de bajo coste menos
exactos se emplean por todo el mundo para el control rutinario de caudales de líquidos y
gases.
Todos estos dispositivos se ven fácilmente afectados por la intrusión de cuerpos sólidos,
que tienen tendencia a obturar los intersticios del caudalímetro. Si la intrusión de materia
extraña constituye un problema recurrente (como es el caso cuando se efectúan con
frecuencia trabajos de instalación), es aconsejable instalar un filtro de red fina corriente
arriba del caudalímetro.
80

Modelos
Algunos de los diversos tipos de contadores volumétricos reciben el nombre por el
elemento que utilizan para la medición. Hay cuatro modelos básicos:
1. Rotativos (elemento de medición de tipo rueda dentada, tornillo o molinete)
2. Alternativos (elemento de medición de tipo émbolo de movimiento alternativo)
3. De disco oscilante (elemento de medición de acción rotativa)
4. De nutación (elemento de medición de tipo disco de nutación)
Contadores de molinete:
Los contadores del primer grupo son los caudalímetros de este tipo más precisos. Su diseño
se muestra abajo en la figura. Un molinete ajustado a la cavidad de medición desplaza una
cantidad de volumen fija al barrer un cuarto de circunferencia, como se muestra en la
figura. Estos contadores se suelen utilizar para el transporte de petróleo.
Fig. 41: Caudalímetro de molinete
Contadores de ruedas de engranaje ovaladas:

Un contador de ruedas de engranaje ovaladas consiste en un cabezal que aloja dos ruedas
dentadas ovaladas engranadas (véase la Fig. 38). La acción de cierre positivo evita
efectivamente las fugas entre los dos engranajes. El momento de fuerza producido por la
acción del caudal varía según las posiciones relativas de las dos ruedas de engranaje
ovaladas. Dicho momento provoca el giro de cada engranaje alrededor del otro y hace
pasar por el contador porciones de fluido de volumen conocido. Este principio es
característico de muchos diseños de contadores volumétricos –incluso de aquéllos cuyos
engranajes no tienen forma ovalada (Fig. 42).
81

Los materiales empleados para las cámaras de desplazamiento, las ruedas de engranajes
ovaladas, las levas y pivotes diversos pueden variar según las condiciones de proceso. Los
materiales típicos empleados para las ruedas de engranaje ovaladas incluyen fundición
gris, aceros Cr-Ni-Mo, acero colado y bronce. Estos materiales son de uso habitual en
muchos otros diseños.
Fig. 42: Contador de engranajes.

Entre los dientes de las ruedas
dentadas pasan porciones exactas
de volumen de fluido. Foto: KEM
Küppers, Karlsfeld (D).
Contadores de émbolo giratorio:

Los modelos más comunes del tercer grupo son los contadores de émbolo giratorio,
utilizados para la supervisión del consumo de agua en edificios, apartamentos e industrias.
El émbolo oscila alrededor de un eje central. La estanqueidad del volumen de fluido se da
entre la lámina de partición y el borde exterior del elemento de medición en contacto con
el cuerpo del caudalímetro.
c a
b Fig. 43: Sección transversal de un

contador de émbolo giratorio.
a = Cuerpo del caudalímetro
b = Cámara de medición
c = Lámina de partición
82

Los otros dos tipos de contadores mencionados (de émbolo alternativo y de diafragma o
disco oscilante / nutación) basan su principio de medición en que actúan como
desplazadores de un volumen de fluido fijo en cada revolución.
En todos estos modelos, el eje central transmite el movimiento giratorio a unos contadores
de rueda dentada, o simplemente a unos sensores externos, que cuentan las revoluciones.
La Figura 44 muestra la configuración básica de un contador de tornillo helicoidal.
Fig. 44: Contador volumétrico con

dos tornillos helicoidales.
Foto: KEM Küppers, Karlsfeld (D).
Contadores de gas:
Los contadores de gas suelen utilizar una membrana de baja resistencia que gobierna una
válvula. Dos fuelles (B, C) se llenan y vacían de gas alternativamente (Fig. 45). Una
válvula gobernada por los compartimentos A y D controla dicho llenado y vaciado.
B C B C
A D A D
Fig. 45: Principio de medición de los contadores de gas en edificios de apartamentos.
83

Un elemento mecánico de enlace conecta el movimiento alternativo de la válvula con el

eje de salida. Cada desplazamiento produce un único giro del eje. Se pueden emplear
codificadores de alta resolución para generar una salida de señal pulsante de alta
frecuencia. Se han fabricado millones de caudalímetros de este tipo para emplear como
contadores de gas en domicilios particulares, comercios y oficinas.
La lista de ventajas e inconvenientes que ofrece este principio de medición ha de darse
inevitablemente en términos generales debido a los innumerables tipos y modelos
distintos disponibles en el mercado. El resumen siguiente, pues, no contempla más que
generalidades. Para conocer la información detallada acerca de las condiciones límite
particulares para cada tipo de contador siempre será necesario dirigirse al fabricante
correspondiente.
Ventajas:
• Método de medición en uso desde hace más de 100 años. Ampliamente aceptado y
fiable.
• De gran exactitud (hasta 0,1% o superior) y alta repetibilidad, particularmente cierto
para contadores de tipo molinete y émbolo.
• Se pueden emplear con líquidos y gases conductivos y no conductivos.
• Especialmente adecuados (excepto los contadores de gas) para la medición del caudal
de fluidos altamente viscosos.
• La medición es independiente de la viscosidad en un amplio campo de valores de
medida.
• Algunos modelos no precisan alimentación eléctrica.
• Un amplio abanico de materiales disponibles.
• Las condiciones a la entrada y a la salida no influyen en la medición.
Inconvenientes:
• No aptos para fluidos contaminados o para dos fases fluidas.
• Por su diseño inherente, algunos modelos provocan caudales pulsantes en la tubería.
• Sólo permiten medir el caudal en un único sentido.
• Los diámetros nominales deben ser grandes en comparación con otros métodos.
• Restricciones de temperatura y presión para evitar los efectos de fugas intersticiales en
el cuerpo del contador.
• Pérdida de carga por filtros corriente arriba, aumento de la viscosidad y/o velocidades
más altas.
• Un mal uso puede acabar por bloquear el sistema de tuberías.
• El rozamiento mecánico impone una carga adicional si el contador se emplea para
medir caudales de sustancias químicamente agresivos.
• Riesgo de congelación (formación de hielo) si se emplea al aire libre.
• Posibilidad de daños mecánicos por entrada de aire o vapor en el fluido.
• No especialmente económicos en comparación con otras tecnologías equivalentes de
medición de velocidades de circulación de fluidos.
84

Las “Deliciae Physico-Mathematicae” de Daniel Schwenter

Las “Deliciae Physico-Mathematicae” del erudito de Nuremberg Daniel Schwenter
se publicó por primera vez en el año 1636. Como sugiere su título, esta obra abor-
daba las matemáticas desde un punto de vista distendido, con cuyos textos e ilus-
traciones se intentaban explicar las fascinantes complejidades de lo que el “pueblo
llano” sólo podría haber considerado el inescrutable mundo de las matemáticas y
la física. Es un compendio de experimentos en los campos de la física y la ingeni-
ería mecánica, de curiosidades de las ciencias naturales, de la pirotecnia, y del arte
y la ciencia de la construcción de fuentes.
Los textos explicativos se acompañan de grabados ilustrativos. Una de estas ilus-
traciones es la que reproducimos aquí –muestra una bomba diseñada para funcio-
nar según el principio opuesto al de un caudalímetro de tipo engranaje moderno
(véase la página 82). Aunque hoy el esbozo nos puede parecer rudimentario y sim-
ple, contiene todos los detalles y componentes esenciales de la bomba. Por medio
de una manivela (C) se transmite movimiento a un mecanismo de dos ruedas den-
tadas engranadas (A,B) en el interior de una carcasa (D) para elevar agua por una
tubería vertical (E). El autor sabía perfectamente que todas las partes debían ser
“ajustadas unas con otras” para que la bomba funcionase.
Schwenter fue profesor de matemáticas e idiomas y su libro alcanzó una enorme
difusión. Varios suplementos le fueron añadidos y, desde un punto de vista
histórico, este volumen es uno de los tesoros-hallazgos más importantes de los
conocimientos en ingeniería del siglo XVII.
85

Aplicaciones
Este principio se viene aplicando desde hace más de cien años; los contadores de esta clase
tienen un historial demostrable en múltiples ramas industriales diferentes. Los contadores
volumétricos han sido de uso común en recuento de caudal, por ejemplo, como base para
la facturación de volúmenes suministrados desde redes de tuberías o transferidos a
contenedores. En consecuencia, la gama de modelos disponibles es amplia y variada, e
incluye muchos que son adecuados para aplicaciones de Custody Transfer. El campo de
aplicaciones para estos contadores volumétricos es correspondientemente amplio. De
extremo a extremo, su uso abarca desde gases hasta betunes fluidificados de alta
viscosidad:
• En la industria petroquímicas: barcos cisterna (crudos, etc.), contadores de aceite de
quemar en camiones cisterna, etc.
• Contadores de carburante en surtidores en gasolineras.
• Contadores de transferencia (control) en sistemas de calibración.
• Contadores de gas para sistemas y aplicaciones domésticas.
En estos ámbitos se suele exigir una precisión de medición de hasta 0,1% v.l., requisito
que sólo los contadores de efecto Coriolis, además de los volumétricos, son capaces de
alcanzar. Las ventajas significativas de los caudalímetros de efecto Coriolis respecto a los
contadores volumétricos consisten en que los primeros carecen de partes móviles en el
tubo de medición y posibilitan el abastecimiento en condiciones de fluctuaciones de la
temperatura (véase la página 138 y sig.).
Para la industria láctea y otras industrias del sector alimentario se dispone de modelos que
permiten un desensamblaje fácil para las tareas de limpieza sin perder precisión de
calibrado. Los caudalímetros volumétricos se pueden instalar en cualquier posición,
aunque normalmente se colocan en tuberías horizontales.

¿Cómo afecta la temperatura del fluido a la ejecución de los contadores PD?
En un contador PD se pueden producir varios efectos. Por ejemplo, un cambio de
temperatura puede provocar cambios en el volumen del fluido, que tienen un efecto
directo sobre el valor de lectura. Un cambio en la temperatura del fluido también
incrementa o reduce la temperatura del contador y puede alterar los tamaños de algunas
partes mecánicas clave o la anchura de los espacios intersticiales. Según el modelo de
contador, estos efectos se compensan o se refuerzan mutuamente.
Las variaciones de la temperatura ambiente pueden afectar a las dimensiones del cuerpo
del contador, pero no alterar significativamente la temperatura del fluido. Para una
ejecución de mayor precisión, la temperatura ambiente y la de proceso deberían
mantenerse constantes en lo posible. Si se preven cambios de temperatura estacionales o
de la temperatura de proceso, es conveniente informar de ello al distribuidor para que nos
pueda proporcionar los materiales correctos y los modelos adecuados.
86

¿Con qué frecuencia deben calibrarse los contadores PD?

Depende de la aplicación y del país en que se emplee el contador PD. Los requisitos legales
o las normas estándar determinan la frecuencia de calibración.
Los contadores para aplicaciones de recuento de caudal (aplicaciones de Custody
Transfer) se calibran como norma general una vez por semana o una vez al mes, según el
tipo de fluido. A menudo forman parte de un sistema dedicado a la medición con
elementos de comprobación integrados.
Los contadores en otros tipos de aplicaciones industriales deberían calibrarse por lo menos
una vez al año. Es importante prestar una atención especial a las superficies deslizantes y
a las condiciones de los pivotes y los casquillos. Si los pivotes están demasiado gastados se
pueden producir deslizamientos de fluido.
¿Los contadores PD son sensibles a las pulsaciones?
Las pulsaciones significativas y frecuentes afectan a la mayoría de contadores PD. El rotor
está sujeto para resistir los choques de la carga, y las tensiones de éstos se transmiten a los
pivotes y demás componentes mecánicos. Este desgaste puede repercutir en la vida
operativa del contador.
¿Es difícil estimar las medidas que debe tener un contador PD?
Es importante conocer los caudales máximo y mínimo y la viscosidad del fluido que se va
a medir. La mayoría de fabricantes proporcionan tablas de medidas o programas que se
basan en viscosidades cercanas a la unidad, pues la mayoría de contadores PD se calibran
con aceites poco viscosos o agua. Dichas tablas son funciones de la velocidad del fluido y
la viscosidad y proporcionan la curva de calibración resultante. El tamaño de los
contadores se suele contar para una velocidad máxima de entrada de aproximadamente 2
m/s. Esta velocidad disminuye al aumentar la viscosidad por encima de los 200 cP. La
empresa distribuidora del equipo suele tener experiencia en la elección de los tamaños
para el contador.
¿Cómo afecta la sedimentación en el interior de un contador PD?
La sedimentación puede afectar de dos modos a la ejecución del contador. En primer
lugar, pequeñas partículas pueden quedar atrapadas en los intersticios y causar
acumulaciones y desgastes, lo cual incrementará las fugas en el contador. Por otra parte,
las partículas se pueden infiltrar en el pivote central y aumentar el rozamiento, lo que
disminuirá el campo de valores de medida del aparato. La sedimentación, pues, provoca
dos tipos de comportamiento sesgado, pérdida de campo de valores de medida y
empeoramiento de la repetibilidad.
87

Contadores de turbina E+H Medición de caudal
Contadores de turbina
Este tipo de contadores es uno de los más exactos que se han desarrollado. Por este
motivo, su uso está ampliamente difundido en aplicaciones de medición de recuento de
caudal de hidrocarburos refinados. Los modelos de precisión son caros de fabricar y
calibrar. No obstante, otros modelos más económicos están disponibles para consumo de
agua y aplicaciones rutinarias de medición de caudal en plantas industriales. Todos los
modelos se caracterizan por su alto nivel de repetibilidad, pero son sensibles a los efectos
perturbadores debidos a las propiedades del fluido y del flujo.
La Figura 46 muestra los elementos básicos. Todos los tipos de contadores de turbina
constan de un grupo de aspas giratorias fijado con pivotes a un eje central. El grupo va
montado en el centro del cuerpo del caudalímetro. La energía cinética del fluido se
transmite a la rueda de la turbina, que gira con una velocidad proporcional al caudal. La
rueda de la turbina se conoce con el nombre de “rotor” en los contadores de turbina
convencionales y “molinete” en los contadores mecánicos.
Fig. 46: Ejemplo de contador de turbina. Se observan con claridad el rotor (la hélice de la turbina) y el
sensor de inducción, que cuenta las vueltas del rotor. Foto: KEM Küppers, Karlsfeld (D).
La velocidad del rotor se cuenta por medios mecánicos o inductivos según el modelo. En
contadores de turbina convencionales, cada vez que una aspa de la hélice pasa por el
sensor, se genera un impulso que corresponde a un volumen fijo de fluido. El número de
impulsos da la cantidad de fluido que ha circulado en un intervalo de tiempo conocido y
la frecuencia de los impulsos es un indicador de la velocidad del caudal.
88

E+H Medición de caudal Contadores de turbina
El eje del rotor suele ser paralelo a la dirección de circulación del fluido. En algunos
modelos, sin embargo, el rotor está montado en posición vertical respecto a la dirección
del caudal (véase la Fig. 49). Las aspas están inclinadas un ángulo (β) respecto a la
dirección del caudal para que el fluido ejerza un momento de fuerza sobre el rotor. El
caudal volumétrico se calcula a partir de la rotación resultante, según la expresión
siguiente:
Qv = vm ⋅ A = 2π ⋅ n ⋅ rm ⋅ cot β ⋅ A
Qv Caudal volumétrico
vm Velocidad media del caudal
A Sección transversal del caudal
n Número de revoluciones del rotor
rm Radio del rotor
β Inclinación de las aspas
Esta expresión tan simple muestra que el número y la forma de las aspas de la turbina son
los factores más importantes en la velocidad del rotor. Por otra parte, la velocidad del
fluido no es constante para todo el diámetro de la tubería. Lo cual nos permite observar
que las fuerzas que actúan sobre las aspas de la turbina son complejas. La mayor velocidad
se genera cerca del centro y en las puntas se produce un cierto arrastre. El equilibrio entre
la fuerza impulsora y la fuerza de arrastre (a la cual contribuye también el rozamiento de
los pivotes) mantiene el rotor a velocidad constante para un caudal fijo.
La teoría permite escribir una expresión general que relaciona el número de impulsos
generados (n) y el caudal (Q). La siguiente ecuación expresa esta relación:
El primer sumando del segundo miembro (A) depende de la cantidad de movimiento lineal
y es el término dominante para velocidades altas del caudal. El segundo sumando (B/Q)
da cuenta de los efectos de la viscosidad y del flujo en los extremos de las aspas. Adquiere
importancia en el tercio inferior de la curva característica. El último sumando (C/Q2)
depende de las fuerzas de arrastre mecánicas, aerodinámicas y de los pivotes sobre el
sensor. Es el sumando dominante a velocidades bajas del caudal y es un término de retardo.
El balance relativo de estos tres sumandos se corresponde con un valor bajo de n/Q para
caudales bajos que aumenta hasta alcanzar un máximo (“joroba”) y luego tiende hacia un
valor constante de n/Q para caudales altos. La teoría completa es en realidad mucho más
compleja porque la influencia del perfil de velocidades y de la geometría de las aspas
implican el cálculo de complicadas integrales para hallar los valores de las constantes A, B
89

y C de la ecuación anterior. La Figura 47 muestra la curva característica del caudalímetro

de turbina. La pérdida de carga (∆p) se corresponde con la ecuación de Bernoulli,
aumentando con el cuadrado del caudal Q.
n d
Q e
b
∆p
0 20 40 60 80 100 Q [%]
Fig. 47: Curva característica típica de un caudalímetro de turbina.

a = Caudal inicial, b = Caudal mínimo para repetibilidad, c = Caudal mínimo de comportamiento lineal,
d = Posición del factor de recuento máximo (joroba), e = Campo de comportamiento lineal de los valores
de medida; zona sombreada = zona de comportamiento lineal
En el extremo inferior de la curva (Fig. 47, punto a), está el caudal por debajo del cual el
rotor no gira porque no ejerce suficiente momento de fuerza impulsora. Por encima de
este caudal, el rotor gira pero no ofrece repetibilidad. Una buena repetibilidad sólo se
alcanza cuando se sobrepasa un cierto valor (b) del caudal. Para caudales mayores, aparece
la “joroba” y se alcanza la zona de funcionamiento lineal (e), en que el factor de recuento
(n/Q) no cambia significativamente con el caudal.
El campo de valores de comportamiento lineal para los contadores de turbina empleados
en el recuento de caudal puede estar en 20:1 o superior, según el tamaño y el fabricante.
La característica principal de los contadores de turbina es una alta repetibilidad, con
valores típicos de 0,02% v.l. El comportamiento lineal suele darse en una zona de ± 0,25%
en torno al campo de valores de medida especificado, pero en campos de valores de
medida restringidos (5 ó 6:1), se consiguen mejoras en torno al 0,1% en fluidos poco
viscosos. Por esta característica, este tipo de contadores se emplea para el recuento de
caudales de hidrocarburos.
De lo dicho se deduce que los contadores de turbina son sensibles a los efectos de la
viscosidad, en particular en relación con los distintos modelos de aspas. Las aspas en
90

ángulo recto proporcionan mayor velocidad angular, pero las helicoidales (oblicuas) son
mucho menos sensibles a los efectos de la viscosidad. Todos los modelos deberían
mantenerse por debajo de un valor de viscosidad máximo de 30 cP o, de lo contrario, el
contador pierde comportamiento lineal. La Figura 48 muestra el cambio en la curva
característica para dos tipos de aspa para varios fluidos viscosos.
n µ = 20 cP
Q
µ = 5 cP
µ = 1 cP
∆P ( µ = 1 cP )
0 20 40 60 80 100 Q [%]
B
n
Q
µ = 20 cP
µ = 5 cP
µ = 1 cP
∆P
0 20 40 60 80 100 Q [%]
Fig. 48: Curvas características de contadores de tipo turbina (línea continua) para distintas viscosidades
y aspas de turbina de formas diferentes.
Arriba (A): Efecto de la viscosidad sobre rotores con aspas en ángulo recto.
Abajo (B): Efecto de la viscosidad sobre rotores con aspas helicoidales.
91

En general, los contadores pequeños (DN < 50/2") se ven más afectados por la viscosidad
y no alcanzan campos de valores de medida tan amplios como los grandes, incluso con
fluidos poco viscosos como los aceites ligeros. Esto es porque los momentos de fuerza de
retardo y del pivote son proporcionalmente superiores.
Modelos
La Figura 46 muestra, entre otras cosas, un transductor inductivo empleado para generar
una señal eléctrica. Algunos diseños utilizan sensores de radiofrecuencia, que tienen la
ventaja de que no producen arrastre en los caudales más bajos. En otros modelos, el giro
del eje se transmite a un contador mecánico por medio de engranajes. Son los contadores
de tipo molinete o Woltmann.
Estos modelos requieren un momento de fuerza considerable, lo cual provoca problemas
de arranque y de comportamiento no lineal con caudales bajos. Los contadores domésticos
de consumo de agua, por ejemplo, suelen presentar “deslizamientos de fluido” a caudales
muy bajos, como los que origina un grifo que gotea. Algunos contadores Woltmann con
el molinete montado en vertical presentan ciertas ventajas, entre las que se cuenta un
menor efecto de los pivotes y del rozamiento y una sensibilidad reforzada, con lo que se
consigue un campo de valores de medida más amplio. También contribuye a ello el efecto
de la fuerza ascensional del fluido, que compensa en parte el peso del rotor y reduce su
masa efectiva. La Figura 49 muestra dos modelos de este tipo. El primero se emplea para
líquidos o gases, el segundo sólo para líquidos.
Fig. 49: Ejemplos de contadores mecánicos Woltmann típicos.

Izquierda: con rotor axial. Derecha: con rotor vertical.
Fuente: Aquametro AG, Therwil (CH) / Invensys Metering Systems GmbH, Ludwigshafen (D)
92

Los materiales habituales de fabricación son aceros austeníticos para el cuerpo, acero
inoxidable para las bridas e interiores y materiales de larga duración como carburos de
tungsteno o aceros pretensados para los pivotes. Para aplicaciones a altas presiones se
dispone de bridas de alta tensión (PN >1.500 bar/21.750 psi). Además, tanto el cuerpo
como el resto de componentes pueden fabricarse de plástico resistente para aplicaciones
en la industria química. No obstante, es evidente que cada material presenta una
temperatura y una presión de trabajo límites. Por este motivo es aconsejable seguir en
todos los casos el consejo del fabricante.
Para aplicaciones poco habituales se han desarrollado modelos especiales. Un modelo
especial para la medición de caudales de sustancias químicas prescinde absolutamente de
pivotes y utiliza el empuje generado por las aspas para hacer girar el rotor libremente con
el fluido en el interior del cuerpo. En este modelo se ubican dos rotores a ambos extremos
de un eje vertical. La composición combinada de fuerzas de empuje y arrastre en las dos
aspas a ambos extremos mantiene el grupo flotando libremente en el interior del cuerpo.
Unos sensores de inducción miden la velocidad de rotación. Estos modelos pueden estar
hechos de materiales químicamente resistentes como PVDF o PFA y permiten medir el
caudal de sustancias químicas “secas” como acetona o SF6.
a d e b
Fig. 50: Modelo de contador de caudal de tipo turbina para la medición de caudales muy bajos.
a = Cuerpo del caudalímetro, b = Adaptador intercambiable (para ampliación del campo de valores de
medida), c = Abertura para las mediciones, d = Pivote, e = Rotor de la turbina, f = Sensor de inducción
Para aplicaciones con caudales muy bajos, el fluido de entrada se hace pasar por una
abertura estrecha para que aumente su velocidad (Fig. 50). A la salida de la abertura, el
chorro de fluido impacta sobre un pequeño rotor. Unos sensores magnéticos (o a veces
ópticos) registran su movimiento. Estos modelos utilizan rotores ligeros montados sobre
93

pivotes de piedras finas que ofrecen una resistencia de rozamiento mínima. La Figura 50
muestra un modelo con adaptadores de abertura intercambiables a la entrada. Los
adaptadores se pueden cambiar y permiten cubrir diferentes campos de valores de medida
del caudal con un mismo contador. Sin embargo, el comportamiento lineal y la
repetibilidad de estos caudalímetros no es tan buena como en los contadores de turbina
convencionales.
También se han desarrollado algunos modelos muy específicos para aplicaciones
higiénicas. Para medir caudales de leche, vino o zumos de fruta deben utilizarse pivotes
especiales, cabezales con recubrimiento y materiales higiénicamente aprobados.
Ciertamente, algunos modelos presentan la certificación
3-A. Estos modelos pueden ser rociados periódicamente con fluidos limpiadores y
esterilizantes. Sin embargo, estos modelos pueden presentar problemas al purgarlos de
gases o vapores, porque las altas velocidades que se alcanzan pueden dañar el rotor o el
pivote.
Los contadores de turbina de inserción (véase también Página 195 y sig.) han sido
ampliamente utilizados desde la década de los 1980 para supervisión de caudales de aguas
en plantas industriales. En la Figura 51 se observa que estos caudalímetros son, de hecho,
pequeñas “turbinas al final de una vara”. Estos dispositivos presentan una alta sensibilidad
y repetibilidad locales. Algunos modelos son de tipo hélice, mientras que otros ocultan la
pequeña turbina en el interior de un cabezal. La experiencia general con estos aparatos es
razonablemente buena en aplicaciones de supervisión de caudales en tuberías generales
de agua de diámetro grande.
Fig. 51: Contador de turbina de

inserción. Foto: SeaMetrics Inc.,
Kent (Washington, EE. UU.).
94

Ventajas:
• Ofrecen una excelente repetibilidad a corto plazo.
• Algunos modelos presentan un amplio campo de valores de medida y un buen
comportamiento lineal.
• Disponen de salida digital tanto para la cantidad total del caudal como para la velocidad
del fluido.
• Hay modelos de diseño compacto para velocidades de caudal establecidas.
• Ofrecen alta exactitud en determinadas condiciones (de campo de valores de medida,
de viscosidad).
• La temperatura y la presión no imponen virtualmente límites de usabilidad.
• Alta fidelidad y resultados positivos en aplicaciones de fluidos lubricantes.
• Permiten la medición con fluidos agresivos y fluidos no conductores, incluidos los gases.
• Pérdidas de carga bajas.
• Ofrecen una respuesta puntual excelente.
Inconvenientes:
• Requieren tramos de entrada y de salida largos (20 veces el diámetro nominal para los
tramos de entrada y 5 veces para los de salida, respectivamente).
• Los vórtices en el flujo les afectan fácilmente (esta situación se puede rectificar con
acondicionadores de flujo).
• El desgaste de los pivotes (en general, por velocidades del fluido demasiado altas) causa
desviaciones en la ejecución de estos caudalímetros y reduce su vida operativa.
• Los modelos de pequeño tamaño presentan limitaciones en su campo de valores de
medida.
• Los fluidos pulsantes afectan a su correcto funcionamiento. En general, los valores
dados por el caudalímetro en estos casos suelen ser demasiado altos.
• Si el fluido contiene partículas sólidas intrusas (caída de presión) es necesario un filtro
corriente arriba.
• Todo el equipo ha de estar perfectamente limpio antes de iniciar los trabajos en el
sistema (eliminar las virutas de soldadura, etc.).
Aplicaciones
Las ventajas enumeradas en la sección anterior permiten entender por qué esta clase de
contadores se halla ampliamente difundido en aplicaciones de supervisión de caudal,
procesamiento por lotes y medición de alta precisión de hidrocarburos. Su repetibilidad es
casi tan alta como en el equipamiento empleado para su calibrado. Por esta característica,
recientemente también se emplean como contadores estándares para control o
transferencia. La diversidad de materiales de que disponemos hoy en día permite utilizar
estos contadores también con sustancias agresivas.
Ya en el siglo XIX, los contadores basados en este principio estaban ampliamente
difundidos por los sistemas de distribución de agua corriente. Hoy, éste continúa siendo
95

un campo de aplicación típico para los contadores de tipo molinete y Woltmann, con
transmisión mecánica de la acción rotativa a un contador (contadores de agua).
Los contadores de turbina se ven fácilmente afectados por los contaminantes. Los
constituyentes fibrosos de un fluido pueden provocar el atasco del pivote y las partículas
granulares pueden dañar el borde de la paleta y la superficie de la hélice. Las intrusiones
de aire en el fluido pueden comunicar una velocidad excesiva al rotor. Si esto sucede con
frecuencia, el pivote falla y el factor de calibración cambia. El campo de valores de
aplicación comprende los ámbitos siguientes:
• La industria química: por sus características de ejecución, su resistencia a la corrosión,
facilidad de instalación y seguridad.
• La medición en aplicaciones criogénicas: pivotes especiales permiten medir caudales de
fluidos a temperaturas bajas.
• La medición de aceites: junto con los contadores de caudal másico de efecto Coriolis,
son probablemente el mejor medio para medir transferencias de grandes cantidades de
aceites ligeros.
• La comprobación de tests de calibración: empleados como contadores secundarios por
su alta repetibilidad.
• La industria láctica y de bebidas alimentarias: ejecución fiable probada en las
aplicaciones de este sector.
• La industria farmacéutica: modelos higiénicos y de precisión para fluidos de alto valor.
• Caudales en grandes tuberías: modelos de inserción bien probados en aplicaciones de
suministro de agua.

¿Qué exactitud pueden alcanzar los contadores de turbina?
Los contadores de turbina pueden alcanzar una exactitud de menos del 0,2% si los valores
de la viscosidad se mantienen en un estrecho margen. No obstante, el error de medición
tiende a ser superior para el extremo inferior del campo de valores de velocidad del fluido.
Si la viscosidad se aparta de las condiciones de calibración, los efectos sobre la exactitud
de la medición son significativas y hay que volver a ajustar el factor de calibración.
¿Los contadores de turbina pueden limpiarse en condiciones de ejecución (funciones
CIP-cleaning in progress o limpieza en marcha- / SIP-sterilization in progress o
esterilización en marcha-)?
Sólo algunos modelos especiales y certificados deberían emplearse en tales aplicaciones.
Rociar la línea con vapor o aire comprimido puede comunicar una velocidad
inaceptablemente alta al rotor que puede resultar perjudicial. En el mejor de los casos, esto
acortará la vida operativa del equipo; en el peor, el equipo puede quedar atascado.
96

¿Con qué frecuencia los contadores de turbina deben pasar inspecciones de rutina y ser
calibrados?
Todos los contadores de turbina nuevos se han calibrado en bancos de ensayos de gran
precisión. En aplicaciones de Custody Transfer que requieren una gran exactitud, el
sistema suele disponer además de un dispositivo para la calibración in situ.
En aplicaciones de la industria química, estos contadores deberían ser calibrados con una
frecuencia de, por lo menos, dos veces al año o incluso superior. La frecuencia dependerá
en cada caso del nivel de exactitud requerido y las recomendaciones del fabricante. Una
vez al año debería efectuarse un examen rutinario de tareas de mantenimiento. Dichas
tareas rutinaria pueden consistir en retirar el contador de la línea y y comprobar que el
rotor gira libremente; eliminar los posos de sedimentos que pudiera haber en el interior
del contador, y limpiar todas las superficies. La contaminación en los pivotes suele ser la
causa más común de una medición defectuosa. Por ello, es preciso prestar una atención
especial a este aspecto.
¿Los contadores de turbina se pueden emplear con fluidos corrosivos?
Sí, si los modelos empleados son especiales o han sido especialmente diseñados para la
aplicación concreta. El abanico disponible en el mercado incluye contadores fabricados
con plásticos (PVDF, PTFE, etc.) adecuados para aplicaciones con líquidos y gases
altamente corrosivos.
¿Qué factores hay que tener en cuenta en la instalación?
Los contadores de turbina son fácilmente afectados por los efectos de vórtices o de perfiles
de velocidad perturbadores procedentes de los accesorios que pueda haber corriente
arriba. Para eliminar la perturbaciones de flujo del fluido de esta naturaleza, son necesarios
tramos de entrada rectos muy largos y/o acondicionadores de flujo. Muchos contadores
de turbina se suministran con complementos rectificadores, que permiten tramos de
entrada correspondientemente más cortos. Como siempre, es importante seguir las
instrucciones especificadas por el fabricante.
¿Se puede emplear un contador de turbina para medir caudal másico?
La mayoría de contadores de turbina son puramente volumétricos. Algunos modelos
especiales de rotor doble dan directamente la medida del caudal másico. Sin embargo, en
la mayoría de los casos habrá que convertir las cifras del caudal volumétrico obtenido al
valor correspondiente de caudal másico a partir de la densidad del fluido y/o las lecturas
de presión y temperatura.
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Caudalímetros Vortex E+H Medición de caudal
Caudalímetros Vortex
Este principio de medición se basa en el hecho de que corriente abajo de un obstáculo se
forman vórtices (vórtices) en el fluido, tanto en una tubería cerrada como en un canal
abierto. Es posible observar este fenómeno, por ejemplo, en los vórtices (“zona de
turbulencia”) que se forman corriente abajo del pilar de un puente (Fig. 52). La frecuencia
de desprendimiento de los vórtices a cada lado del pilar (cuerpo sólido) es proporcional a
la velocidad media de circulación del fluido y, por lo tanto, al caudal volumétrico. Ya en
1513, Leonardo da Vinci describió la formación y el desprendimiento de vórtices
estacionarios detrás de un obstáculo en una corriente de fluido.
Fig. 52: Izquierda: Desprendimiento de vórtices detrás de un pilar de un puente. Derecha: Foto tomada
desde un satélite en que se aprecian los vórtices formados en la capa de nubes por el efecto de un pico
volcánico (flecha). Foto: NASA.
En 1878, Strouhal estudiaba una descripción científica de los vórtices que se formaban
detrás de los obstáculos sólidos. Sus estudios revelaron que un cable tensado de través en
un chorro de aire oscilará. Encontró que la frecuencia de esta oscilación es proporcional a
la velocidad del chorro de aire. Podemos observar este fenómeno en nuestro propio coche
o casa: el silbido que produce el viento al pasar por alguna rendija se debe al
desprendimiento de vórtices, y aumenta o disminuye según cambia la velocidad. Este
fenómeno se denomina “tono eólico”.
El número de Strouhal empleado en este contexto describe la relación entre la frecuencia
de desprendimiento de vórtices, la velocidad del fluido y el diámetro del cuerpo sólido
(véase la Fig. 53):
f⋅d
St = -----------
v
St Número de Strouhal v Velocidad del fluido
f Frecuencia de desprendimiento de vórtices d Diámetro del cuerpo sólido
98

E+H Medición de caudal Caudalímetros Vortex
d
f
v
Fig. 53: Principio de medición de los caudalímetros Vortex.

d = Diámetro del cuerpo sólido, f = Frecuencia de desprendimiento de vórtices, v = Velocidad del fluido,
L = Distancia entre dos vórtices
El físico Theodore von Kármán asentó las bases teóricas para la medición de caudales con
caudalímetros Vortex en 1912, cuando describió lo que se ha venido en llamar “zona de
turbulencia”. Su análisis de la doble hilera de vórtices formados detrás de un cuerpo sólido
en un flujo de fluido revelaba una relación fija entre la distancia transversal (d) de
separación de las dos hileras y la distancia longitudinal (L) de separación entre vórtices en
una misma hilera. Si, por ejemplo, el obstáculo es cilíndrico, esta relación es de 0,281. Así,
para un diámetro de tubería uniforme, el volumen de cada remolino es constante. Si
admitimos que los vórtices son del mismo tamaño independientemente de las diferentes
condiciones de ejecución, entonces el recuento del número de vórtices por unidad de
tiempo nos da directamente una estimación del caudal.
99

Formación de vórtices y geometría del cuerpo sólido:

El fluido alcanza su velocidad máxima en la parte más ancha del cuerpo sólido; a partir de
ese punto pierde parte de su velocidad. El flujo intenta desprenderse del contorno del
cuerpo (a), en lugar de bordearlo. Más allá del punto (a) la presión disminuye y se
producen reflujos, y en última instancia, vórtices (b). Estos vórtices se desprenden
alternativamente por cada lado del cuerpo sólido y son transportados por el fluido
(nomograma de frecuencias de desprendimiento de vórtices → Página 419).
Fig. 54: Formación y desprendimiento de vórtices.
Los obstáculos sólidos de los caudalímetros Vortex varían según el fabricante. Los hay de
forma rectangular, triangular, esférica, en delta o en formas más específicas,
correspondientes a los diversos modelos patentados. En cada modelo, el número de
Strouhal se debe mantener constante para todo el campo de valores de medida; en otras
palabras, para todo este campo de valores de medida, la frecuencia de desprendimiento
de vórtices ha de ser independiente de la presión, la temperatura y la densidad. En este
campo de valores de medida con número de Strouhal constante (Re > 20.000) trabajan
los caudalímetros Vortex (véase la Fig. 55).
Los obstáculos sólidos en forma de delta presentan un comportamiento lineal casi ideal y
han demostrado ser particularmente fiables. Los ingenieros de la NASA han sometido este
modelo de cuerpo sólido a estudios exhaustivos. La exactitud de la medición con esta
geometría puede llegar a ser de ±1% v.l., y su reproducibilidad se sitúa en torno al 0,2%.
Las características de los caudalímetros Vortex se suelen definir en términos del
“parámetro K”. Este parámetro representa el número de vórtices que se detectan por
100

unidad de tiempo (impulsos por unidad de volumen). El fabricante obtiene dicho

parámetro K durante el proceso de calibración del aparato e incluye esta información en
la placa de características del instrumento. Este parámetro depende de la geometría del
cuerpo sólido y del tamaño de la tubería.
Ejemplo:
En un caudalímetro Vortex (DN 50/2") cuyo parámetro K es 10 impulsos por litro, cada
impulso corresponde a un volumen de 0,1 litros, independientemente de que el fluido sea
agua, vapor o cualquier otro fluido.
Str
0.3
0.2
0.1
a
b
0
2 3 4 5 6 7
10 10 10 10 10 10 10 Re
Fig. 55: Número de Strouhal (Str) para diversos obstáculos sólidos en función del número de Reynolds (Re).
a = Cuerpo sólido en forma de delta, b = Cuerpo sólido en forma de esfera.
Modelos de sensores
Los caudalímetros Vortex constan de diversos componentes, que incluyen el tubo de
medición, el cuerpo sólido, el sensor, el preamplificador y la electrónica del contador
(véase la Fig. 56). En la mayoría de contadores, los sensores no tienen partes móviles, por
lo que no se desgastan ni se requiere ningún tipo de mantenimiento.
Los dos caudalímetros Vortex más comunes son los de brida y los que no son de brida.
Estos últimos se conocen como contadores para instalación entre bridas (modelo
“sandwich” o “wafer”) y están diseñados para ser instalados entre dos bridas de tubería.
Algunos modelos para instalación entre bridas tienen una longitud total estandarizada de
65 mm (2,5"), lo cual les permite sustituir directamente grupos de disco de diafragma
completos.
El campo de valores de medida estándar disponible en el mercado abarca diámetros
nominales desde DN 15 hasta 300 (desde 1/2 hasta 12"), y algunas versiones alcanzan
101

hasta DN 400 (16"). Los rangos para la presión pueden llegar hasta PN 250 (ANSI Clase
2500). Las frecuencias de desprendimiento de vórtices para diámetros nominales
superiores a DN 300 (12") son muy bajas y requieren un cierto tratamiento de la señal
para conseguir una señal estable. Para aplicaciones con diámetros grandes, los
caudalímetros Vortex son relativamente caros en comparación con los de disco de
diafragma.
Muchos fabricantes ofrecen también modelos para temperaturas muy altas o muy bajas
(de –200 a +400 °C / de –330 a +750 °F).
Los dispositivos con dos sensores y electrónicas independientes constituyen un caso
especial (Fig. 56). Este modelo se emplea principalmente en industrias en que las
mediciones redundantes se consideran importantes.
Fig. 56: “Caudalímetros de vórtices Prowirl” de E+H (dispositivo a dos hilos). Izquierda: Versión con
brida. Centro: Versión “wafer” para instalación entre bridas. Derecha: Versión bidireccional con dos
sensores y electrónicas
Sensores para la medición

Para medir la fluctuaciones locales de la presión en el caudal originadas por los vórtices
generados en el cuerpo sólido y convertirlas en señales eléctricas existen varios tipos de
sensores. Cada fabricante recomienda su tipo de sensor favorito de entre la amplia gama
de los que existen, que incluyen sensores de tipo capacitivo, piezo-resistivo, por
ultrasonidos, termistores, mecánicos y de presión y tensiones. En la mayoría de casos, el
sensor está integrado en el mismo cuerpo sólido o bien se sitúa inmediatamente detrás.
Hoy en día, la mayoría de sensores hoy miden el desprendimiento de vórtices con sensores
de tipo capacitivo o piezo-eléctrico.
102

Sensores DSC (differential switched capacitor):

Los sensores DSC (conmutadores de capacitancia diferencial) que utiliza E+H consisten
en un sensor en forma de pala que penetra en el interior del cuerpo sólido (Fig. 57). Esta
pala (a) transmite las fluctuaciones de presión debidas a los vórtices a un electrodo central
en forma de manguito (c) que junto con el electrodo externo (d), conforman los
condensadores C1 y C2 semilaminares. Una variación en la amplitud de separación de las
dos láminas provoca una variación de la capacitancia proporcional a la presión diferencial
originada por el vórtice, que cambia periódicamente y es procesada por la electrónica del
contador. Estos sistemas de medición son altamente insensibles a las vibraciones de la
tubería por el hecho de hallarse el sensor en equilibrio mecánico.
Fig. 57: Diseño de un sensor DSC de E+H.

a = Pala del sensor, b = Punto focal del sistema sensor, c = Electrodo central, d = Electrodo externo
A continuación mencionamos las principales ventajas de los sensores DSC:

• Son resistentes a las variaciones extremas de temperatura, por ejemplo, en las
aplicaciones de criogenia o en sistemas de tratamiento de vapor. Los sensores DSC de
acero inoxidable no tienen partes móviles ni componentes excesivamente sensibles, por
lo que resultan extremadamente robustos.
• Son resistentes ante las ráfagas de flujos pulsantes, por ejemplo, en sistemas de vapor.
• Son insensibles a las vibraciones de la tubería. Las aceleraciones debidas a las
vibraciones no tienen efecto sobre la distancia entre el electrodo central y los electrodos
exteriores. La pala del sensor y el electrodo central se hallan en equilibrio relativo y las
fuerzas de aceleración debidas a las vibraciones actúan siempre sobre el centro de
gravedad del sistema sensor, por lo que las vibraciones no generan señales adicionales.
103

• Son bastante insensibles a la presencia de cuerpos extraños, porque el sensor DSC está
montado libremente en el tubo de medición. En el peor de los casos, las deposiciones
sobre la propia pala del sensor podrían provocar una ligera reducción (turndown) del
campo de los valores de medida, pero no afectarían a la exactitud de la medición.
Ventajas:
• Son de aplicación universal para medición de caudales volumétricos de vapor, líquidos
y gases.
• Resultan prácticamente insensibles a los cambios de presión, temperatura y viscosidad.
• Su instalación es simple.
• Ofrecen un amplio rango de diámetros nominales, de DN 15 (1/2") a 300 (12"); y hasta
DN 450 (18") a petición.
• Presentan un campo reducido grande, típicamente de 1:10 a 1:30 para gases/vapor o
1:40 para líquidos.
• Las pérdidas de carga son bajas (típicamente 30 mbar).
• Sin partes móviles.
• Amplio rango de temperaturas: –200 a +400 °C (–330 a +750 °F).
• El comportamiento lineal de la frecuencia es independiente de las condiciones del
proceso y del fluido.
• Presentan una alta estabilidad a largo plazo (su parámetro K se mantiene durante toda
la vida útil), no experimentan desviaciones del punto cero.
• La exactitud de medición puede alcanzar valores tan buenos como ±0,75% v.l. con
líquidos, y ±1% v.l. con gases (Re > 20.000).
• Su reproducibilidad está entre el 0,2 y el 0,3%.
Inconvenientes:
• Los flujos pulsantes y los vórtices afectan negativamente a la exactitud de la medición.
• Según el tipo de accesorio que pueda haber corriente arriba, se necesitan tramos de
entrada y de salida largos.
• No sirven para fluidos altamente viscosos.
• No pueden medir velocidades del fluido demasiado bajas (Re < 4.000).
Aplicaciones
Los caudalímetros Vortex se emplean en numerosos ámbitos de la industria para medir
caudales volumétricos de vapor, líquidos y gases. Estos contadores son cada vez más
habituales en aplicaciones que anteriormente contaban con caudalímetros de presión
diferencial, como por ejemplo de disco de diafragma. Esta tendencia se mantiene aún, por
dos razones: los caudalímetros Vortex son más fáciles de instalar y además tienen un
campo reducido (turndown) más amplio. La Figura 58 muestra un ejemplo de aplicación
con caudalímetro Vortex.
104
Flow-es-principles.fm Page 105 Thursday, January 27, 2011 10:52 AM

Medición de caudales de vapor:

Desde la década de los años ochenta del siglo XX, los caudalímetros Vortex han adquirido
gran popularidad, en particular en todos los sectores industriales de medición de caudales
de vapor. Los caudalímetros Vortex miden solamente caudales volumétricos, pero los
sistemas de vapor suelen transportar además una cierta proporción de contenido masivo
y energético, de modo que estos contadores se suelen emplear en combinación con un
sensor de presión y/o temperatura y un contador de flujo energético.
Fig. 58: Aplicación de vapor. Foto: caudalímetro Vortex “Prowirl” de E+H en una tubería aislada.
Medición de caudales líquidos:

En contraste con los contadores magnéticos, los caudalímetros Vortex permiten
determinar el caudal de fluidos no conductores o sólo ligeramente conductores como
hidrocarburos o agua desmineralizada, agua condensada o agua de alimentación de una
caldera. También se pueden emplear en condiciones de altas presiones y de temperaturas
mucho más altas que los contadores magnéticos.
Medición de caudales de gas:
En aplicaciones de esta naturaleza, los caudalímetros Vortex hallan un amplio uso en la
medición de caudales de aire comprimido, de gas natural o de componentes individuales
del aire como nitrógeno, oxígeno, dióxido de carbono, hidrocarburos, etc. (véase la
Fig. 60).
105


¿Cómo afectan las vibraciones de la tubería a la medición de caudales con un
caudalímetro Vortex?
Se podría esperar que un caudalímetro Vortex, por el principio de medición en que se
basa, reaccionase negativamente ante fuertes vibraciones e impactos de presión. Sin
embargo, los sensores DSC de E+H disponen de dispositivos primarios de amortiguación
para compensar vibraciones incluso superiores a 1g (9,81 m/s2, 32 pies/s2) en todos los
ejes.
Fig. 59: Medición de un caudal de nitrógeno líquido (–190 °C, 25 bar / –310 °F, 360 psi).
Foto: caudalímetro Vortex “Prowirl” de E+H (versión remota).
¿Cómo afectan a la medición del caudal de un líquido la presencia de partículas sólidas

intrusas o de gases en el fluido?
En general, debería haber una sola fase líquida, en otras palabras, no debería contener
mezcla de gases o sólidos.
• La intrusión de gases en el líquido provoca un error de medición de signo positivo. En
estas circunstancias, o bien se monta el caudalímetro Vortex con el cuerpo sólido y la
pala del sensor en posición horizontal o bien con el sensor en la parte inferior de la
tubería. Con este método no se pueden medir fluidos gaseosos.
106

• Si la cantidad de partículas intrusas sólidas, por ejemplo, herrumbre o pintura de la

tubería, es importante, habrá que instalar el sensor en una posición en la cual no quede
cubierto por las partículas. En estos casos, recomendamos montar el sensor y la
electrónica horizontalmente o bien en la parte superior de la tubería.
• La acumulación de partículas en el cuerpo sólido o en el tubo de medición cambia la
geometría de estos componentes, y por lo tanto, del parámetro K, lo cual en última
instancia provoca errores de medición.
¿Cuál es el efecto del vapor húmedo en la medición del caudal?

Sólo se mide el caudal de vapor, pero no incluye las gotitas de agua que pueda haber
mezcladas.
Fig. 60: Medición de caudal de ozono en aplicaciones de tratamiento de agua potable.

Foto: caudalímetro Vortex “Prowirl” de E+H.
¿Qué efecto tiene la presencia de sustancias abrasivas en el fluido a la medición del

caudal?
Una reacción abrasiva fuerte inevitablemente cambiará el perfil de velocidades en el
cuerpo sólido porque los nítidos bordes de desprendimiento de vórtices se difuminarán.
El parámetro K se desplazará y se producirá un error de medición nada despreciable.
107

¿Cómo afectan a la medición los números de Reynolds inferiores a 20.000?

Las mediciones de caudal con números de Reynolds inferiores a 20.000 se ven afectadas
por un error adicional debido a que el desprendimiento de vórtices detrás del cuerpo
sólido no alcanza a ser del todo regular (véase el nomograma de la Página 424). Este error
se puede compensar en el rango de números de Reynolds que va de 4.000 a 20.000 si los
parámetros de proceso (el tipo de fluido, la presión, la temperatura y la viscosidad) son
conocidos. El desprendimiento de vórtices para números de Reynolds por debajo de 4.000
es más arbitrario, la frecuencia de desprendimiento es más indeterminada, y la medición
a la práctica es poco significativa, o simplemente imposible.
¿Qué consecuencias conlleva utilizar el dispositivo de medición de caudal a velocidades
del fluido más altas que la máxima especificada?
Para muchos fluidos, las mediciones a velocidades del fluido por encima de 9 m/s
(30 pies/s) provocan errores debidos a cavitación. La pérdida de carga también será,
probablemente, relativamente alta. El software de selección y diseño “Applicator”, de
E+H, incorpora funciones que permiten averiguar cuándo se espera cavitación para unas
condiciones de proceso determinadas. Con velocidades de caudales gaseosos superiores a
75 m/s (245 pies/s), las pérdidas de carga pueden ser lo suficientemente elevadas como
para que un contador de este tipo no resulte económicamente rentable.
¿Qué ocurre si no se tienen en cuenta los tramos de entrada y salida recomendados?
Para que la ejecución de los caudalímetros Vortex sea correcta, es preciso que la formación
de vórtices por los laterales del cuerpo sólido sea a un ritmo regular. Ello requiere un perfil
de velocidades bien definido ante el contador. Las perturbaciones en el flujo debidas a la
presencia de accesorios corriente arriba (válvulas, codos, etc.) pueden provocar errores de
medición significativos. Para evitarlo, son necesarios tramos de entrada corriente arriba de
una longitud mínima de 10 a 40 veces el diámetro nominal, según el tipo de obstrucción.
Cada fabricante especifica el tramo de entrada necesario para un dispositivo particular. La
longitud del tramo de entrada se puede reducir hasta 10 veces el diámetro nominal, si se
instala un acondicionador de flujo (disco perforado).
El tramo de salida (mínimo 5 veces el diámetro nominal) detrás del caudalímetro Vortex
ha de ser suficientemente largo para permitir la libre formación de vórtices corriente abajo
del cuerpo sólido.
¿Cómo afecta a la medición un flujo pulsante?
A partir de cierta frecuencia de pulsación, los caudalímetros Vortex son incapaces de
distinguir la señal de medición de la señal pulsante sobrepuesta, y se obtiene una lectura
errónea de la velocidad del caudal.
¿Qué sucede si la tubería no está totalmente llena?
En general, los caudalímetros Vortex son incapaces de tomar medidas en estas
condiciones.
108

¿Cómo afectan la densidad y la viscosidad del fluido a la medición del caudal?

Dentro del campo de valores “lineal” permisible de números de Reynolds (en que el
número de Strouhal se mantiene constante), la densidad y la viscosidad no tienen ningún
efecto sobre la exactitud de la medición, aunque sí puede reducirse el campo de valores
de medida. Esto deja de ser cierto si el número de Reynolds es inferior a 20.000; en ese
caso, la exactitud de la medición se reduce inevitablemente (véase el monograma de la
Página 424). Por lo tanto, la densidad y la viscosidad influyen en el caudal mínimo
mesurable.
¿Cómo afecta la temperatura del fluido a las mediciones?
El cuerpo del contador se dilata con la temperatura, más o menos según el material con
el que esté fabricado, y con ello cambia también el parámetro K. El valor de este parámetro
para el acero inoxidable está en torno al 0,5% cada 100 K. Es posible compensar estos
efectos introduciendo la temperatura del fluido en el transmisor.
¿Por qué el parámetro K no depende del tipo de fluido (líquido, gas)?
El parámetro K es completamente independiente del fluido porque sólo depende de la
geometría del contador.
¿Qué factores hay que tener en cuenta al instalar un caudalímetro Vortex en una tubería?
Las paredes de los tramos de entrada y salida de la tubería no deberían tener soldaduras,
rebabas o juntas sobresalientes. Este aspecto es muy importante para garantizar que no
haya perturbaciones del perfil de velocidades de flujo. Asimismo, la posición del contador
debe quedar bien en el centro de la tubería. Además, el diámetro nominal y el diámetro
interior de la tubería deben ser lo más próximos posible. Si la diferencia entre estos dos
diámetros es mayor de lo admisible, es posible programar en la electrónica un factor de
compensación.
¿Qué efectos tienen los depósitos de materia extraña en el sensor DSC?
Al contrario que otros tipos de sensores, el sensor DSC es completamente insensible a la
presencia de materia extraña porque ésta flota libremente corriente abajo del cuerpo
sólido. Se han llevado a cabo experimentos con el hueco del sensor completamente lleno
de resina, e incluso en esas circunstancias, no se han observado efectos perceptibles en la
medición.
109

Caudalímetros electromagnéticos E+H Medición de caudal
Caudalímetros electromagnéticos
Los caudalímetros electromagnéticos (contadores magnéticos) existen desde aproximadamente
1939. El clérigo e inventor suizo Padre Bonaventura Thürlemann (1909–1997) fue un pionero
en el uso 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), se induce
una corriente eléctrica que genera entre los dos extremos de la barra una tensión (Ue) de algunos
milivoltios (Fig. 61). 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.
Ue = B ⋅ L ⋅ v
Ue Tensión inducida
B Intensidad del campo magnético
L Longitud del conductor eléctrico (corresponde a la distancia entre los electrodos
en el tubo de medición)
v Velocidad de movimiento del conductor (corresponde a la velocidad del fluido en
el tubo de medición)
B B
- +
v
0
+
Ue
Fig. 61: Principio de inducción electromagnética según la formulación de M. Faraday (1791–1867).
110

E+H Medición de caudal Caudalímetros electromagnéticos
El encuadernador ingenioso – Michael Faraday (1791–1867)

Michael Faraday, hijo de un modesto herrero del sur de Londres, nació en 1791.
A la temprana edad de 13, Faraday ya tuvo que empezar a ganarse el sustento como
encuadernador. Los libros de ciencias que encuadernaba le fascinaban, y asistía
con entusiasmo a lecturas públicas sobre electricidad, tan populares en esa época.
Una feliz circunstancia le llevó a ser ayudante del entonces famoso electroquímico
Sir Humphrey Davy en el Royal Institute. En 1825, el mismo Faraday fue nombrado
director del instituto, que dirigía al tiempo que iniciaba su propio trabajo indepen-
diente de investigación científica. En su diario anotó un objetivo personal: “Trans-
formar el magnetismo en electricidad”.
Así, el 29 de agosto de 1831, un experimento crucial le llevó a descubrir la induc-
ción magnética y a producir electricidad a partir de ella (véase la página 110). A
continuación Faraday reprodujo este experimento de laboratorio a una escala
mayor; tensó un cable a través del puente Waterloo de Londres, cuyos extremos se
hundían en el Támesis. Esperaba poder generar una corriente eléctrica mesurable
a partir del campo magnético de la Tierra y la corriente del Támesis, además de
poder determinar la velocidad de flujo del río. Pero la señal de medición era dema-
siado débil comparada con la interferencia electroquímica del terriblemente con-
taminado Támesis. Sin embargo, el concepto de una dinamo sobredimensionada
había nacido.
Los descubrimientos de Faraday fueron fundamentales para el futuro de la hu-
manidad como pone de manifiesto su explotación comercial 150 años después.
Faraday murió en 1867, habiéndose ganado un profundo respeto por parte de la
sociedad de su tiempo. Foto: Biblioteca de la Universidad de Basilea (CH).
111

En un caudalímetro magnético (Fig. 62), el fluido conductor que circula por el interior del
tubo de 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 eléctricamente aislado del fluido y del electrodo por un revestimiento no
conductor (por ejemplo, goma, teflón, etc.).
Dado un campo magnético de intensidad constante (B), la ecuación de la Página 110
muestra que la tensión de medición inducida (Ue) es directamente proporcional a la
velocidad del fluido (v). Por otra parte, la sección transversal de la tubería (A) es un
parámetro conocido, de modo que el caudal volumétrico (QV) se calcula directamente a
partir de la expresión siguiente:
Ue
Q v = v ⋅ A = ---------- ⋅ A
B⋅L
Ue
Fig. 62: Principio de medición electromagnética del caudal.
112

c
a
d3 b
d1
d2
Fig. 63: Diseño y construcción de un sensor electromagnético.
Tubo de medición (a)

En términos físicos, es importante que el tubo de medición no amortigüe ni distorsione el campo
magnético. Evidentemente, pues, no vamos a elegir tuberías electromagnéticas. Los materiales empleados
con más frecuencia son el acero inoxidable y el plástico.
Revestimiento (b)
El revestimiento es el aislante necesario entre los electrodos y el tubo de medición, que impide que la
tensión inducida se descargue por la tubería. También es importante tener en cuenta las propiedades
físicas y químicas de resistencia del revestimiento al fluido.El poliuretano, la goma dura y el PFA/PTFE
(por ejemplo, teflón) están entre los materiales de uso más habitual.
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. Los sistemas de excitación pueden ser indistintamente de CC y de CA.
Electrodos (d1– d3)

Además de los electrodos de medición habituales, algunos fabricantes ofrecen tipos de electrodos
especiales:
– Electrodos de medición (d1) para la detección de tensión inducida. Las condiciones de proceso
imponen el material de fabricación del electrodo, que puede ser de acero inoxidable, hastelloy, tantalio
o platino/rhodio. Electrodos capacitivos → Página 123.
– Electrodo de referencia o tierra (d2) para unión equipotencial entre el caudalímetro y el fluido. Para el
mismo propósito se pueden instalar también discos (anillos) de toma de tierra independientes.
– Electrodo de detección de tubería vacía (d3) para detectar si el tubo de medición se halla vacío o
parcialmente lleno. El transmisor dispara una alarma si el electrodo queda descubierto.
113

En la práctica, la señal detectada en los electrodos proviene de diversas fuentes de tensión

que interfieren con la tensión inducida y que es necesario filtrar antes de su
procesamiento. Las fuentes de interferencia típicas incluyen el campo magnético terrestre,
cargas eléctricas en la pared interior de la tubería y en el fluido y de efectos galvánicos
superficiales entre los electrodos y el fluido.
La ventaja principal de este principio de medición es que es insensible a la presión, la
temperatura y la viscosidad. El perfil de velocidades del flujo tiene un efecto mínimo en
el resultado de la medición. Estas propiedades hacen a los caudalímetros magnéticos
extremadamente atractivos para un amplio abanico de aplicaciones industriales de
medición de caudales. En realidad, este principio de medición se emplea en todo el
mundo.
Fig. 64: Los caudalímetros magnéticos se fabrican en varios diámetros nominales, desde DN 2 (1/12")
hasta DN 2.000 (80"). Foto: Caudalímetros magnéticos de DN 600 (24") a 2.000 (80"), de E+H para la
red de suministro de agua corriente de Hong Kong.
114

En línea con la tradición científica eclesiástica:

Padre Bonaventura Thürlemann (1909–1997)
El inventor del caudalímetro magnético fue el Padre Bonaventura Thürlemann. Su
publicación de 1941 “Method of Electrical Velocity Measurement in Liquids”
preparó el camino para la aplicación práctica de las leyes de Faraday a la medición
de caudales volumétricos de líquidos. Los cientos de miles de caudalímetros mag-
néticos que se emplean en todo el mundo para la medición de caudales de líquidos
conductores se basan todos en las investigaciones del Padre Bonaventura.
Profesor de matemáticas y física en la escuela monástica de Engelberg (Suiza), el
Padre Bonaventura no obtuvo ningún provecho comercial de su invención porque
nunca la patentó. En una conferencia de presentación de las instalaciones de En-
dress+Hauser Flowtec AG (Reinach, Suiza) para la producción de caudalímetros
magnéticos en 1984, el Padre Bonaventura comentó que el proceso de obtención
de patentes le era demasiado complejo. Esta conferencia fue la primera vez que
habló en público acerca de la historia de su invención.
Moría el 30 de mayo de 1997 a la edad de 89 años.
115

Los caudalímetros basados en este principio se emplean en todos los ámbitos de la industria
y en todos los países del mundo. La gran diversidad de modelos permite su aplicación
incluso en procesos altamente corrosivos que involucren lodos abrasivos. Las posibles
limitaciones de presión y temperatura que puedan presentar se deben fundamentalmente
a las propiedades del material de revestimiento o a las características particulares de
algunos modelos de caudalímetro específicos.
Ventajas:
• El principio de medición en que están basados es virtualmente independiente de la
presión, la temperatura y la viscosidad.
• Permiten mediciones incluso en presencia de partículas sólidas (p. ej., lodos de menas).
• Disponen de un amplio rango de diámetros nominales: DN 2 (1/12") hasta 3.000
(120").
• Tubo de medición de instalación longitudinal sin partes móviles.
• No experimenta pérdidas de carga
• No requiere estrangulamientos en la sección transversal de la tubería (de fácil limpieza
-CIP- y esterilización -SIP-, apto para limpieza con cepillo).
• Alto grado de fiabilidad y reproducibilidad de medición, buena estabilidad a largo plazo.
• Gasto mínimo en mantenimiento y renovación.
Inconvenientes:
• Sólo funciona con líquidos conductores.
• Las mediciones son menos exactas y más difíciles con líquidos poco conductores, por
ejemplo, con agua desmineralizada.
• Las deposiciones en el interior del tubo de medición o en los electrodos pueden generar
errores.
Maneras de generar un campo magnético

Para medir con éxito caudales con métodos electromagnéticos es de importancia
fundamental el modo como se genera y controla el campo magnético en el tubo de
medición. En la actualidad, se emplean dos métodos.
Generación de campo magnético a partir de impulsos de corriente continua:
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. 65). La tensión inducida es la diferencia entre estos dos valores medidos
(Ucaudal).
116

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 media del fluido- al valor de caudal volumétrico
correspondiente y lo convierte en una señal de salida estandarizada (por ejemplo, una
intensidad entre 4–20 mA).
U + UM
– UM
UN
UN
U1 U2
Fig. 65: Procesamiento de señal y generación de campo magnético por impulsos de CC.
Campos magnéticos por impulsos de CA:

Este método fue el primero que se desarrolló. Una fuente de alimentación CA sinusoidal
(por ejemplo, 50 Hz de la red) conectada directamente a unas bobinas, las excita y
generan un campo magnético. Por un lado, el campo magnético obtenido de este modo
es intenso y ofrece un amplio margen para distinguir lo que es señal de tensión de lo que
es ruido. Este aspecto es de mucha importancia en aplicaciones que involucran fluidos
problemáticos como lodos con contenido sólido.
Por otro lado, el valor de tensión medido es muy bajo y puede haber interferencias debidas
a la tensión CA de alimentación. Estas interferencias pueden tener el origen en el
transformador del caudalímetro o en el mismo cable de alimentación, si éste se halla cerca
de los cables de salida de señal. Todas estas fuentes de interferencia tienen, por supuesto,
la misma frecuencia de la línea. Además, también se amplifican y tienden a falsear los
resultados de la medición.
Las intensidades de corriente de toma de tierra descargadas a lo largo del sistema de
tuberías pueden provocar efectos similares. Ello es inevitable, en particular en industrias
químicas. Las tensiones CA interferentes de esta naturaleza siempre tienen un efecto
negativo en la reproducibilidad de la medición. Estas tensiones nunca pueden ser
eliminadas por completo, por eficaz que sea el sistema de apantallamiento y a pesar de
117

todos los circuitos eléctricos auxiliares de que se pueda disponer. Sin embargo, los
sistemas de generación de campo magnético por impulsos de CA recientemente
desarrollados se muestran prometedores en algunos tipos de aplicaciones.
En la práctica, el método de generación de campo magnético para la medición de caudales
que ha prevalecido es el generado por pulsos de CC. Este método es mucho más resistente
a tensiones interferentes y su consumo es mucho menor. Las ventajas que contribuyeron
a mantener durante un tiempo los caudalímetros de CA – su capacidad de efectuar
mediciones en condiciones de fluctuaciones extremas de caudal, o de medir líquidos poco
conductores y líquidos con contenido sólido – se pueden conseguir ahora también en los
caudalímetros de CC con modelos de software compensatorios y con tensiones de
excitación superiores para el campo magnético.
La falta de un punto cero definido es también otro inconveniente de los métodos de
generación de campo magnético por CA. La tensión estacionaria es sinusoidal, por lo que
no existe un punto de tensión cero definido en el campo generado por las bobinas. Un
campo magnético generado de este modo es inherentemente susceptible de experimentar
corrimientos del punto cero y en la mayoría de casos hay que ajustar el punto cero
periódicamente. Este método no permite corregir los errores de punto cero relacionados
con el proceso (deriva de cero).
Aplicaciones
Este principio de medición se ha venido empleando en todo el mundo durante más de 50
años, como atestigua el hecho de que la popularidad de estos caudalímetros no ha
menguado en absoluto en muchos y diversos campos. En el entorno industrial, los
caudalímetros magnéticos son los más frecuentes en instalaciones de gestión de aguas, en
la industria de procesos, en el sector farmacéutico y en la industria alimentaria. Los
caudalímetros magnéticos modernos son tan robustos que se pueden emplear en minería
y construcción de túneles, en las condiciones ambientales más duras, en cualquier tipo de
aplicación. Su uso rutinario típico comprende aplicaciones de medición y control de flujos
continuos, de llenado y dosimetría y de medición en aplicaciones de Custody Transfer.
Estos caudalímetros permiten medir muchos fluidos acuosos: agua, aguas residuales,
lodos, pulpas, pastas, ácidos, álcalis, zumos, puré de frutas, etc. No pueden medir, por el
contrario, ni líquidos no conductores, ni gases ni vapor.
Investigaciones y desarrollos subsiguientes en los campos del diseño de sensores y
procesamiento de señales han conducido a un producto con un historial de servicio
probado y comprobado que posibilita una integración sencilla en aplicaciones altamente
complejas para mediciones, instrumentación y control de alto nivel. Los ejemplos reales
destacados abajo bastan para ilustrar el estatus de estos caudalímetros.
Ejemplo de aplicación Nº 1 – Agua / Aguas residuales:
Los caudalímetros magnéticos tienen dos áreas de aplicación principales en la industria de
gestión de aguas:
118

• Tratamiento y distribución de agua potable a los consumidores (instalaciones acuáticas,

usuarios domésticos, etc.).
• Control de recolección de aguas (tanto residuales como agua de lluvia) para su
purificación en plantas de tratamiento de aguas de deshecho para su devolución
responsable al medio.
Las leyes y normativas aplicables al control de aguas en sistemas de agua potable, sistemas
de alcantarillado y plantas de tratamiento de agua son cada vez más estrictas, y el
seguimiento detallado de las aguas desde su fuente hasta el consumidor es esencial. Los
caudalímetros magnéticos son la elección ideal para la medición en varios puntos en estos
sistemas y ayudan a identificar y reducir los puntos de fuga.
Fig. 66: Caudalímetros magnéticos de peso y tamaño aprobado en un sistema de suministro de agua.
Foto: Promag W (DN 400/16") de E+H.
Tarea:
El operario de la planta de tratamiento de aguas residuales de un complejo industrial
quiere medir el volumen de aguas residuales que entran en la planta. Para ello, el operario
necesita información acerca de los aspectos siguientes:
• Control de los flujos de entrada, de modo que la gestión del proceso se pueda optimizar
en tiempo real.
• Control de volúmenes para cada fuente individual, de modo que los servicios
suministrados por la planta de tratamiento de aguas residuales puedan ser localizados y
facturados al cliente de acuerdo con su uso.
119

Solución:
En cada acometida se instala un caudalímetro magnético entre el local del usuario y el
colector general. Los caudales que registra cada caudalímetro magnético se transmiten por
medio de señales eléctricas al control de la planta de tratamiento. Cada caudalímetro
envía además un impulso de señal eléctrica con el recuento del consumo total de agua (la
descarga de agua). Los Caudalímetros magnéticos de peso y tamaño aprobados como los
de E+H se emplean ampliamente en la gestión del suministro de aguas para servicios de
facturación a clientes comerciales. En las Página 219 y sig. se hallará más información
acerca de las aplicaciones Custody Transfer.
Ejemplo de aplicación Nº 2 – Industria de procesos:

Muchas y variadas son las demandas que se exige cumplir a los caudalímetros en la
industria de procesos: resistencia a fluidos agresivos, requisitos para su uso en zonas de
riesgo, adecuación para su integración en sistemas de instrumentación y control de
procesos, y una buena relación coste-efectividad para su instalación.
Fig. 67: Caudalímetro magnético

a dos hilos apto para zonas con
riesgo de explosiones Ex 1/2 de
E+H, de fácil instalación en la
industria de procesos.
Tarea:
El operario de la instalación para productos químicos ha de transferir una disolución de
ácido clorhídrico del 33% del tanque de almacenamiento a la zona de producción. El
operario ha especificado varias otras funciones además de la medición del caudal
volumétrico:
• El caudalímetro ha de ser químicamente resistente al ácido clorhídrico reactivo.
• El caudalímetro ha de ser fácilmente integrable en la instrumentación y el entorno de
medición existentes.
Solución:
Un caudalímetro a dos hilos de bajo consumo y costes de instalación más económicos que
cualquier equipo a cuatro hilos convencional (4–20 mA) / apto para zona de riesgo de
120

explosiones Ex 1/2 / interfaces digitales para conexión a un equipo fieldbus /

revestimiento de teflón y electrodos de medición de tantalio para ofrecer la máxima
resistencia al fluido.
Ejemplo de aplicación Nº 3 – Industria alimentaria:

En la industria alimentaria son tan importantes las características técnicas de los
dispositivos como su adecuación para cumplir con los estándares de higiene exigidos por
la norma. La adecuación de los sistemas para permitir la limpieza es crítica en este
contexto, y se aplica a los sistemas de medición con el mismo rigor que a cualquier otro
aparato del equipamiento de la planta. Este hecho impone unos requisitos de durabilidad
del revestimiento, que deben adecuarse al fluido que se mide. Los factores críticos son los
siguientes:
• Diversos procesos de producción se desarrollan a temperatura ambiente o inferior.
• Las temperaturas típicas involucradas en los procesos de limpieza (CIP) y esterilización
(SIP) comprenden un campo de valores entre +70 y +140 °C (160 y 285 °F). Para
mejorar los efectos de la limpieza se suelen añadir sustancias alcalinas/cáusticas o
sustancias orgánicas.
Fig. 68: Medición de caudales en la industria alimentaria. Foto: Promag H de E+H, fabricado con acero
inoxidable, (certificado 3-A, este modelo cumple las especificaciones EHEDG).
121

Tarea:
Un fabricante de yogures quiere inyectar melaza a su producto como reforzante de sabor
desde un tanque de almacenamiento. Los materiales empleados en la construcción del
sistema han de poder soportar los esfuerzos que implican los procesos de limpieza y
esterilización y deben cumplir con las normas de calidad de la UE (EHEDG) sobre
construcción de sistemas en la industria alimentaria.
Solución:
Un caudalímetro magnético con tubo de medición de instalación longitudinal (apto para
limpieza con cepillo, sin restricciones) / cabezal de acero inoxidable / revestimiento de
PFA / todos los materiales expuestos al fluido pertenecen a la lista FDA y cumplen con los
requisitos que impone el certificado 3-A / el modelo cumple con los requisitos EHEDG.

¿Cómo afecta la conductividad del fluido a la medición?
Cada fabricante especifica una conductividad mínima que depende de la tecnología y las
dimensiones de cada modelo. Los cambios en la conductividad del fluido que se hallen por
encima de este umbral no tienen efecto sobre la medición. Los problemas surgen con
fluidos de baja conductividad porque inducen tensiones bajas en los electrodos. Cuanto
más baja es la conductividad, más difícil es distinguir entre las tensiones de medición y las
tensiones originadas por ruido. El problema se presenta en el extremo inferior del campo
de valores de medida. En ese punto, las señales pueden perder totalmente su
significatividad, porque resulta imposible distinguir la señal del ruido.
¿Cómo afectan la temperatura, la presión y la viscosidad del fluido a la medición?
Sólo los materiales de fabricación del sensor y del revestimiento imponen limitaciones al
rango de aplicabilidad en cuanto a presión y temperatura. Los efectos de la presión, la
temperatura y la viscosidad en sí mismas en las mediciones son despreciables.
¿Cómo afectan las turbulencias y los vórtices a la medición?
Los caudalímetros magnéticos se ven afectados a veces por las turbulencias que se
originan, por ejemplo, en las válvulas de control de flujo, las bombas o los codos de 90°.
La mayoría de caudalímetros se ven afectados por la formación de vórtices, pero los
magnéticos lo asimilan mejor porque la extensión del campo magnético tiende a moderar
los efectos en las tres dimensiones. Así, los tramos rectos largos corriente arriba reducen
la influencia de aquellos elementos. En este punto es importante contar con el
asesoramiento del fabricante, pues cada modelo requiere tramos rectos de longitudes
diferentes. Es conveniente que los perfiles de velocidades en el punto de medición sean lo
más simétricos posible.
¿Cómo afecta a la medición el hecho de no observar las longitudes de los tramos de
entrada y salida recomendadas?
En estas circunstancias se puede tener un error de medición de más del 1% o superior. Si,
por el contrario, se respetan las longitudes de los tramos de entrada y salida que el
122

fabricante recomienda, el perfil de velocidades no afecta a la medición. En cualquier caso,

un perfil de velocidades distorsionado por este motivo afecta en menor grado a un
caudalímetro magnético que a uno de turbina, de vórtice, por ultrasonidos o de tipo PD.
¿Qué ventajas e inconvenientes presentan los electrodos de medición capacitivos?

Los caudalímetros magnéticos de detección de señal con electrodos capacitivos permiten
medir fluidos de muy baja conductividad. Además, se ven menos afectados por los
sedimentos de materiales aislantes que se posan en la pared del tubo de medición que los
dispositivos cuyos electrodos están sumergidos en el fluido.
Por otra parte, la señal de tensión que proporcionan estos electrodos es sensiblemente
inferior. Este hecho puede provocar irregularidades en los valores medidos. Otra
desventaja es que este método de medición se ve afectado por los cambios de temperatura.
La exactitud de la medición con detección de señal capacitiva no es tan alta como en el
caso de los sensores cuyos electrodos están sumergidos.
¿Cómo afectan a la medición las deposiciones de materiales conductores en el interior de

la tubería?
Las deposiciones en el interior del tubo de medición deberían evitarse en lo posible. Las
deposiciones de materiales conductores tienen dos efectos que ocurren simultáneamente.
El primero consiste en que las deposiciones disminuyen la sección de flujo, con lo que la
velocidad del fluido aumenta y se obtiene un valor del caudal sobreestimado. En segundo
lugar, los materiales conductores depositados reducen la sensibilidad de los electrodos
porque originan señales de baja tensión que infravaloran el caudal real. En casos fortuitos,
estos dos efectos se pueden llegar a cancelar mutuamente y dar una lectura correcta. Sin
embargo, estos casos son raros y no se suelen dar.
En el peor de los casos, estas deposiciones de materiales conductores pueden
cortocircuitar la tensión de medición inducida a los electrodos de tierra. La solución
consiste en limpiar el tubo de medición o instalar un sensor con un circuito ECC que
mantenga los electrodos constantemente limpios. El circuito ECC aplica periódicamente
una tensión de entre 8 y 10 voltios entre el electrodo de medición y el de referencia que
ayuda al desprendimiento de los materiales conductores depositados. Sin embargo, sólo
se pueden eliminar de este modo recubrimientos finos de materiales conductores. Por
consiguiente, debe mantenerse un ciclo de limpieza preventivo y adecuado a cada
aplicación específica.
¿Cómo afectan a la medición las deposiciones de materiales no conductores en los

electrodos?
Los materiales no conductores (por ejemplo, grasas de productos lácteos) que se depositan
en los electrodos forman una capa aislante que provoca errores de medición. Y además,
como ya se ha descrito, pueden cambiar la sección de flujo del caudal. En consecuencia,
la lectura del caudal puede fluctuar, dar un valor más bajo que el real o incluso caer a cero.
Para evitar estos efectos, se puede aplicar alguna de estas medidas:
123

• Limpiar el tubo de medición regularmente.

• Incrementar la velocidad del fluido.
• Emplear electrodos de medición reemplazables (no necesitan interrumpir el proceso).
Esta medida sólo es posible con ciertos diámetros nominales.
• Utilizar electrodos de medición de formas especiales, por ejemplo, electrodos con punta
“cabeza de bala” en el caso de deposiciones de películas de aceite.
¿Cómo afecta a la medición la presencia de burbujas de gas o partículas sólidas?

La presencia de gases o sólidos en la superficie de los electrodos provoca diversos efectos
electroquímicos. Estos efectos afectan directamente a la tensión inducida que registra el
dispositivo de medición.
• Si unas partículas sólidas fluyen cerca de un electrodo, entre ambos pueden establecerse
interacciones electroquímicas de corto alcance que distorsionen la medición.
• Las burbujas de gas en la superficie de los electrodos actúan como un aislante. Las
infiltraciones de gas en el fluido provocan errores de medición que son proporcionales
a la cantidad de gas contenida en el fluido. En consecuencia, es conveniente evitar las
infiltraciones de gas en el fluido.
Cuando hay gas mezclado con el líquido, es mejor efectuar la medición en una tubería
vertical (véase la Fig. 15). Se han obtenido buenos resultados para un caudal bifásico
con caudalímetros magnéticos, siempre que el contenido en gas no supere el 5% en
volumen.
• Las rápidas variaciones del valor de pH o de la conductividad en sustancias
químicamente no homogéneas también pueden causar problemas.
El transmisor detecta todos estos efectos como un aumento del ruido (algunos
caudalímetros magnéticos incluyen algoritmos reductores de nivel de ruido). Algunos
sólidos magnéticos, por ejemplo en la industria minera, producen campos espúreos
poderosos capaces de distorsionar el campo magnético hasta el punto de impedir cualquier
medición. La forma y la longitud de las partículas sólidas presentes en el fluido también
son factores cualitativos que pueden distorsionar el campo magnético e influir en la
reproducibilidad de la medición. Para ciertas aplicaciones con fluidos problemáticos, habrá
que elaborar una disolución adecuada entre el fabricante y el usuario. En estos casos es
cuando resulta más importante un conocimiento detallado de la aplicación y del principio
de medición.
¿Se pueden medir efectivamente caudales de líquidos con contenido sólido?
La teoría afirma que cualquier conductor fluido que pueda ser bombeado, puede ser
medido. Puede que resulten necesarios algunos sensores especiales, pero en general se
van a poder medir fluidos con partículas en suspensión, celulosa, pulpa o lodos con un
grado de reproducibilidad satisfactorio. Obsérvese, sin embargo, que ello va a requerir un
software especial que suprima el ruido, además de un campo magnético potente y a la vez
capaz de reaccionar con rapidez cuando sea necesario. El resultado final de las mediciones
en estas condiciones es una mejor relación entre las señales de interferencia (ruido) y la
124

señal de medición como tal. Se han empleado caudalímetros magnéticos con un alto nivel
de ejecución para medir los fluidos siguientes:
• En la industria minera: fluidos lodosos con contenidos sólidos de hasta el 75 o el 80%
en peso.
• En la industria papelera: pulpa con fibras de diferentes longitudes, hasta contenidos
sólidos de aproximadamente el 20% en volumen.
• En la industria de gestión de aguas: sedimentos fangosos con bajo contenido acuoso de
hasta un 25% en volumen.
¿Es posible medir caudales de fluidos abrasivos?

Sí. En estos casos es importante seleccionar un material de revestimiento del sensor
adecuado, en particular si el fluido es altamente abrasivo. Los electrodos de tipo cepillo
tienden a desgastarse menos y suelen ser la primera opción en las aplicaciones de esta
naturaleza.
¿Cómo afecta a la medición una tubería sólo parcialmente llena?

Si la tubería está vacía, los electrodos de medición no están sumergidos en el fluido y la
medición no es posible. Si la tubería está parcialmente vacía pero suficientemente llena
para que los electrodos de medición estén en contacto con el fluido, el error de medición
será proporcional al contenido de aire. Aunque se han desarrollado modelos especiales
para aplicaciones de este tipo, todavía se hallan en una fase experimental.
Fig. 69: La instalación del caudalímetro magnético en un sifón invertido asegura que el tubo de medición
esté siempre completamente lleno. La abertura para la limpieza (abajo) sirve para retirar los sólidos que
puedan quedar acumulados en el sifón y para las operaciones regulares de limpieza.
125

Se han obtenido excelentes resultados instalando el sensor en una tubería vertical, puesto
que en estos casos, el riesgo de que la tubería esté parcialmente vacía es relativamente
bajo. Siempre es recomendable no instalar el sensor en el punto más alto de una tubería
(por el riesgo de acumulación de gases) o corriente arriba de una descarga libre (porque el
fluido podría ser turbulento). En tuberías en pendiente, el caudalímetro debería estar
instalado en un sifón invertido para asegurarse de que el fluido siempre rellena el tubo de
medición (Fig. 69). El sensor puede estar equipado con un electrodo de detección de
tubería vacía, que detecta automáticamente cuándo las tuberías están sólo parcialmente
llenas y dispara una alarma.
¿Cómo afecta la “supresión de caudal residual” a la medición?
El propósito de la función de supresión de caudal residual es evitar que el caudalímetro
registre un caudal mínimo en el extremo inferior del campo de valores de medida,
provocado por ejemplo por una flucuación de una columna de fluido en un estado
estacionario. Si se alcanza el punto de supresión de caudal residual, el software del
transmisor elimina todas las señales de caudal (= caudal cero).
¿Cuánto mantenimiento requiere un caudalímetro magnético?
En términos generales, los caudalímetros magnéticos son dispositivos de bajo
mantenimiento. Sin embargo, para limpiar el tubo de medición habrá que retirar
deposiciones y otros restos que puedan tener influencias mecánicas. Las empresas de
distribución de caudalímetros más importantes ofrecen un recalibrado del aparato o
herramientas de diagnóstico adecuadas para detectar estas influencias en una etapa
temprana.
¿Qué importancia tiene una buena puesta a tierra en la toma de medidas?
Al ser la tensión de medición muy baja, es necesario descargar por algún método efectivo
y adecuado la tubería de las posibles corrientes espúreas que pudieran surgir. Ello se
consigue con la ayuda de anillos de toma de tierra. Asegurar una buena puesta a tierra del
fluido es, pues, imprescindible. En circunstancias normales, este requisito se satisface si la
propia tubería es metálica. El lector hallará información más detallada acerca de los
métodos para una correcta puesta a tierra en la Página 274.
126

E+H Medición de caudal Caudalímetros ultrasónicos
Caudalímetros ultrasónicos
El ámbito de la medición por ultrasonidos abarca muchos modelos y tipos de
caudalímetros muy distintos. El término “ultrasónicos” no es una característica
inequívoca de un tipo de caudalímetros. “Ultrasónicos” indica solamente que la velocidad
del caudal se mide por medio de ultrasonidos. El caudal se mide en realidad por alguno
de los dos métodos siguientes:
• El método por efecto Doppler
• El método por tiempo de tránsito de señal
El método del efecto Doppler

Un caudalímetro de efecto Doppler se sirve del efecto Doppler (conocido también como
corrimiento Doppler) para medir caudales. Este fenómeno físico nos resulta familiar
porque pertenece al ámbito de nuestra experiencia cotidiana. Es el efecto que se produce
cuando un frente de ondas se refleja en un objeto en movimiento. La frecuencia de las
señales acústicas de, digamos, una ambulancia que se aproxima a nosotros se reduce
sensiblemente una vez que nos ha sobrepasado. El efecto Doppler es, pues, un incremento
(o una disminución) de la frecuencia de las ondas sonoras a medida que la distancia entre
una fuente sonora y un receptor aumenta o disminuye.
Una condición previa para que el caudalímetro de efecto Doppler funcione es que el fluido
contenga partículas, burbujas de gas u otras inhomogeneidades similares, que reflejen las
ondas de sonido. Con este propósito, un caudalímetro de efecto Doppler requiere dos
sensores. El primero emite por el fluido una onda de ultrasonidos a una frecuencia
determinada y el segundo recibe la onda reflejada (Fig. 70).
f2
f1
∆f = f1 – f2
Fig. 70: Medición de caudal por efecto Doppler con ultrasonidos. La frecuencia de las ondas emitidas
(f1) y reflejadas (f2 ) varía en función de la velocidad del caudal de las partículas/burbujas transportadas.
127

Caudalímetros ultrasónicos E+H Medición de caudal
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. Entonces, el cálculo del caudal viene dado por la expresión
siguiente:
Q = K ⋅ ∆f
∆f Variación de la frecuencia (f1 – f2)

K K = Constante = f (ángulo de incidencia/reflexión, posición de la partícula reflejante, sec-
ción transversal)
El método del efecto Doppler es simple y bastante exacto cuando se mide la velocidad de
una sola partícula. Pensemos en un agente de la policía de tráfico con su radar que circula
por la carretera. Cada vez puede determinar la velocidad de un único vehículo, pero no
puede medir la velocidad promedio del flujo de tráfico.
La situación es parecida en el caso de querer medir un caudal de fluido. En este caso
también es necesario medir la velocidad de muchas partículas. Pero la velocidad de cada
partícula es distinta según su orientación y su posición en el perfil de velocidades del
fluido. Calcular el caudal exige hacer un promedio ponderado de los resultados de cada
medición en función de la posición de cada partícula en el fluido. Además, hay que tener
en cuenta que una señal reflejada puede verse afectada por más partículas/burbujas en su
camino de vuelta.
DN > 600 DN ≤ 600
t2 t2
t1 t1
∆t = t1 – t2
Fig. 71: Medición del caudal por ultrasonidos a partir del tiempo de tránsito de la señal. La velocidad a
la cual se propagan las ondas sonoras varía según la velocidad del fluido y su dirección.
128

Método del tiempo de tránsito de la señal

Este método se basa en el hecho de que la velocidad del fluido influye directamente en la
velocidad de propagación de las ondas sonoras en dicho fluido. Este fenómeno se puede
entender en términos sencillos a partir de una analogía: nadar contra corriente requiere
más esfuerzo y tiempo que nadar en el sentido de la corriente. El método de medición de
caudales por ultrasonidos a partir del tiempo de tránsito de la señal se basa en esta
evidencia física (véase la Fig. 71).
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. Pero
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.
Ambos sensores están conectados a un transmisor. El transmisor induce a los sensores a
generar ondas sonoras y medir el tiempo de tránsito de estas ondas que se propagan de
uno a otro sensor.
t1 Tiempo de tránsito de la señal t1 (en el sentido de la corriente)

t2 Tiempo de tránsito de la señal t2 (contra corriente)
K K = Constante = f (longitud del camino acústico, razón entre las distancias radiales y axiales
de los sensores, distribución de velocidades (perfil de velocidades de flujo), sección transversal)
Tipos de sensores / Diseños

Actualmente disponemos de varios tipos de sensores de ultrasonidos, que permiten su
instalación directamente en la tubería o que pueden venir ya preinstalados en un tubo de
medición. Distinguimos dos subgrupos de este tipo de sensores, según se empleen con el
método del efecto Doppler o con el método de tiempo de tránsito de la señal:
• Los sensores de fijación externa, tipo “clamp-on”
• Los sensores de inserción
Sensores de fijación externa, tipo “clamp-on”

Las ondas sonoras pueden atravesar la materia sin causarle efectos perjudiciales. Gracias
a esta propiedad, las ondas sonoras resultan de gran utilidad para aplicaciones en
diagnósticos médicos, en pruebas de resistencia de materiales y en medición de caudales.
129
Flow-es-principles.fm Page 130 Thursday, January 27, 2011 10:55 AM

En lo que concierne a la medición de caudales, dicha propiedad permite que el sensor

pueda hallarse en el exterior de la tubería y no tenga que estar necesariamente en contacto
con el fluido. Nos referimos normalmente a los dispositivos montados de esta manera
como sensores de fijación externa (Fig. 72). Una característica de los sensores de fijación
externa es que las ondas ultrasonoras siempre atraviesan todo el diámetro central de la
tubería porque la pared de la tubería permite el paso de las ondas ultrasonoras.
Fig. 72: Los sensores de fijación externa se montan directamente en el exterior de la tubería. Un riel
especial de montaje facilita su posicionamiento exacto. Foto: Sensores de fijación externa “Prosonic
Flow”, de E+H.
Sensores de inserción
Los sensores que se hallan en contacto directo con el fluido se conocen como “sensores
de inserción o de inmersión”. Los sensores de inserción se emplean cuando la tubería está
hecha de materiales como el hormigón granular, que no dejan pasar las ondas sonoras.
También se emplean en caudalímetros con sistema por tiempo de tránsito de la señal
multicamino, es decir, que miden caminos acústicos distintos del que pasa por el plano
medio de la tubería. Un ejemplo de ello son los sistemas de camino acústico dual (Fig. 74).
Los sistemas multicamino ofrecen un mejor comportamiento lineal y son menos
susceptibles a las perturbaciones en el perfil de velocidades de flujo.
Fig. 73: Los sensores de inserción están inmersos en el fluido. El soporte de instalación del sensor está
soldado a la pared de la tubería. Foto: Sensores de inserción “Prosonic Flow”, de E+H.
130

Tubo de medición/sensor en línea:

Los sensores de ultrasonidos pueden sujetarse directamente a la tubería (sensores de
fijación externa) o bien pueden ir soldados a la pared de la tubería (sensores de inserción).
Así, los tubos de medición prefabricados no resultan imprescindible para los caudalímetros
de ultrasonidos. Un tubo de medición actúa básicamente como soporte para los sensores.
Fig. 74: Tubo de medición prefabricado con cuatro sensores de inserción y dos caminos acústicos de
medición. Foto: Caudalímetro en línea “Prosonic Flow” DN 400/16", de E+H.
Los tubos de medición prefabricados (véase la Fig. 74) resultan ideales para trasladar
exactitudes de medición determinadas en el laboratorio directamente al lugar de
ejecución. Un sensor en línea consiste en un tubo de medición prefabricado completo con
sensores de inserción preinstalados. Las configuraciones de este tipo suelen emplear
sensores en línea con un sistema multicamino que consta de dos, tres o cinco pares de
sensores.
Ventajas:
• Se pueden emplear con diámetros nominales muy pequeños
(DN desde 15 hasta 4.000 / desde 1/2 hasta 160").
• Permiten medir fluidos muy corrosivos sin que haya contacto directo.
• No experimentan pérdidas de carga
• Esperanza de vida útil alta.
• Constante de tiempo mínima: 1 a 20 ms para caudalímetros de alto nivel.
• Los sensores de ultrasonidos pueden ser montados a posteriori, tanto los de fijación
externa como los soldados a la tubería.
• El principio de medición es independiente de las propiedades físicas del fluido, si éste
es homogéneo.
131

Inconvenientes:
• Los resultados de la medición son altamente dependientes del perfil de velocidades del
flujo porque la velocidad del fluido se mide a lo largo de un estrecho camino acústico,
o pequeña zona en que se lleva a cabo la medición.
• Grado de exactitud intermedio a bajo. La exactitud es fuertemente dependiente de las
propiedades de propagación de las ondas sonoras del fluido.
• Las deposiciones en la tubería o en el sensor provocan fallos del equipo y errores de
medición.
• El método de medición por efecto Doppler sirve sólo para algunos tipos de aplicaciones,
por ejemplo, el control de caudales.
Limitaciones:
• Grandes cantidades de materia intrusa en el fluido.
• Campo de valores de temperaturas del fluido.
• Perfiles de velocidades de flujo excesivamente perturbados.
Aplicaciones
Los caudalímetros de ultrasonidos son versátiles. Permiten medir gases, vapor y líquidos.
Las restricciones que presentan estos caudalímetros provienen principalmente de su
propia “integridad física”, es decir, de las limitaciones relacionadas con, por ejemplo, la
resistencia al calor; o, en un nivel mucho menos significativo, de otros factores como un
bajo nivel de propagación acústica en el fluido. Aunque sólo unos pocos fluidos presentan
una propagación del sonido tan pobre que no puedan funcionar con caudalímetros de este
tipo. Sin embargo, otras influencias externas como los fluidos bifásicos o fluidos con un
contenido en partículas sólidas en suspensión demasiado alto pueden llegar a atenuar
significativamente las ondas de ultrasonidos. Los dos ejemplos reales siguientes ilustran la
diversidad de aplicaciones posibles para caudalímetros de fijación externa.
Ejemplo Nº 1 – Montaje a posteriori sin interrupción de servicio

Un sistema de suministro de agua para unos 18 millones de consumidores se iba a dividir
entre dos operarios. Para tener correctamente localizado el consumo de los usuarios, era
necesario proveer las tuberías con caudalímetros. La carga de la red era de 30.000 litros
por segundo (7.900 US gal/s), por lo que se desechó la opción de cortar el suministro para
la operación. Enseguida se entendió que los sistemas de medición por ultrasonidos
resultaban la opción más adecuada y que no había ninguna alternativa seria a ésta. Los
caudalímetros se montaron en el exterior de las tuberías de acero (con revestimientos de
cemento, DN desde 1.000/40" hasta 3.000/120") sin necesidad de modificarlas
(Fig. 75). No fue necesario ningún tipo de trabajo estructural y el suministro de agua se
mantuvo ininterrumpido.
Las mismas ventajas resultaron evidentes en una fábrica de automóviles. De nuevo, la
producción no tuvo que ser interrumpida para instalar los caudalímetros por ultrasonidos.
132

Además, el mismo tipo de sensores se montó en todas las tuberías con diámetros
nominales desde DN 80 (3") hasta superiores a DN 300 (12").
Fig. 75: Montaje a posteriori de sensores ultrasónicos de fijación externa en una

red de tuberías de suministro de agua (DN 1.400/55").
Ejemplo Nº 2 – Sustitución de un caudalímetro defectuoso

Los caudalímetros por ultrasonidos son sustitutos habituales de equipos convencionales
defectuosos. Una central eléctrica empleaba tanto agua de un río como agua de mar para
refrigeración. Para evitar aumentos demasiado bruscos de la temperatura en los flujos de
retorno, la velocidad del fluido se controlaba y regulaba en dos puntos, a la entrada y en
la descarga, con caudalímetros electromagnéticos.
Durante una comprobación rutinaria de mantenimiento, los operarios descubrieron que
una bobina de uno de los caudalímetros estaba estropeada, y decidieron reemplazar las
dos. Esto habría requerido en general cortar el suministro. Otro problema era la dificultad
de obtener caudalímetros magnéticos nuevos del tamaño adecuado (DN 700 a 900 / 28
a 36") en un tiempo razonable.
Hubo algunas reservas respecto a si los sistemas por ultrasonidos resultarían una solución
viable, porque el material de fabricación de las tuberías, fibra de vidrio reforzada, era
prácticamente impermeable al sonido. Un simple paseo por los alrededores resolvió este
problema: los sistemas de medición de caudales por ultrasonidos se acoplaron
simplemente sobre los tubos de medición de los caudalímetros magnéticos originales
(Fig. 76). Los tubos de medición fueron extraídos, las cubiertas y las bobinas de los
caudalímetros electromagnéticos retiradas y se cambió el revestimiento original por uno
de goma blanda. Bastaron tres días de trabajo para completar la operación.
133

Fig. 76: Los sensores ultrasónicos de fijación externa pueden ser montados en el
tubo de medición de un caudalímetro magnético defectuoso.

¿Cómo afectan a la medición las deposiciones de materiales conductores en el interior
de la tubería?
Como en cualquier principio de medición de la velocidad del fluido, una reducción de la
sección transversal de la tubería provoca errores en el cálculo del caudal de volumen. Por
otra parte, las deposiciones pesadas de materiales en los sensores pueden causar además
la atenuación de la señal de salida.
¿Cómo afecta a la medición por tiempo de tránsito de señal la presencia de gases o
partículas sólidas?
La presencia de sólidos y gases atenúa la señal de ultrasonidos. La medición se vuelve
problemática si el contenido en partículas sólidas o gases supera en 1% en volumen. A
partir de un 2% en volumen, la medición por este método se vuelve imposible. Los sólidos
fibrosos, habituales en alcantarillados y en instalaciones papeleras para la fabricación de
pulpa, son particularmente difíciles. Las partículas finas de tipo arenoso, en cambio, no
presentan tantos problemas.
¿Qué ocurre si no se tienen en cuenta los tramos de entrada y salida recomendados?
Si el perfil de velocidades no está completamente bien formado corriente abajo de Ios
eventuales accesorios, puede provocar errores cuya magnitud dependerá del principio de
medición y de la posición del sensor. Este efecto se da en particular con el perfil de flujo
134

asimétrico turbulento que se forma tras un codo. Para estos casos resultan mejor los
sistemas de medición multicamino que los sistemas de un solo camino.
¿Cómo afecta a la medición una tubería sólo parcialmente llena?
En este caso hay que hacer adaptaciones especiales. El método de tiempo de tránsito de
la señal nos proporciona la velocidad de flujo, pero además hay que medir el nivel de agua.
¿La medición por ultrasonidos depende de la velocidad del fluido?
No. La medición de los equipos de medición de caudales por ultrasonidos es
independiente de la densidad del fluido.
¿La medición por ultrasonidos depende de la temperatura del fluido?
Un cambio en la temperatura del fluido provoca un cambio en la velocidad de las ondas
sonoras. Los caudalímetros de ultrasonidos que funcionan según el método de tiempo de
tránsito de la señal eliminan este efecto porque se compensa al medir las velocidades del
fluido en el sentido de circulación y en sentido contra corriente.
¿Qué diferencias fundamentales presentan el método del tiempo de tránsito de la señal
y el método del efecto Doppler?
El método del tiempo de tránsito de la señal se emplea para mediciones de exactitud con
fluidos limpios. En este método, el contenido de burbujas de gas o de partículas sólidas en
el fluido no debe superar el 1% en volumen. De hecho, este método no requiere la
presencia de burbujas de gas o partículas sólidas en el fluido.
En cambio, el método del efecto Doppler se emplea mayoritariamente en la medición de
caudales y/o la estimación de perfiles de velocidades. Este método es adecuado para
fluidos con presencia de gas o partículas sólidas en contenido superior al 1% en volumen.
La velocidad del fluido se determina a partir de la variación de la frecuencia entre la señal
transmitida y la reflejada. Con tales fluidos pueden alcanzarse exactitudes de medición de
entre 3 y 10%.
¿Dónde se emplean los sensores ultrasónicos de fijación externa?
Los sistemas de fijación externa son adecuados para una gran variedad de industrias en
aplicaciones como las siguientes:
• Para instalación de un caudalímetro en una tubería sin tener que interrumpir el servicio.
• Para supervisión-medición en varias tuberías.
• En aplicaciones con fluidos muy corrosivos.
Antes de hacer uso de un equipo de fijación externa, es necesario conocer los parámetros
siguientes para evitar que el error sea mayor del necesario:
• El grosor de la pared de la tubería
• El material de fabricación de la tubería
• El material de recubrimiento de la tubería y su grosor
• La velocidad del sonido en el fluido (o alternativamente: la temperatura y el tipo de
fluido)
135

¿Qué importancia tiene un buen posicionamiento de los sensores de ultrasonidos?

La posición exacta de ambos sensores de ultrasonidos puede calcularse a partir de los
parámetros mencionados en la pregunta anterior. Un montaje poco preciso afecta al factor
de calibración y a la sensibilidad a la presencia de partículas sólidas en el fluido. Los
sensores se suelen montar con rieles de instalación, abrazaderas, etc., especiales (Fig. 78).
¿Para qué diámetros nominales es posible utilizar equipos de fijación externa?
El diámetro nominal más pequeño que permite la instalación de un equipo de fijación
externa en el estado actual de la técnica es de DN 20 (3/4").
¿Cuál es la influencia del perfil de velocidades en la medición?
Un perfil de velocidades bien definido es muy importante porque los caudalímetros por
ultrasonidos normalmente registran la velocidad del fluido a lo largo de una simple línea
recta, es decir, a lo largo del camino acústico del haz. Algunos sistemas de medición
emplean dos o más caminos acústicos para reducir o compensar este efecto (Fig. 77).
Fig. 77: Medición por ultrasonidos con sistemas de camino acústico simple (a) y doble (b).
¿Cómo influye el grosor del revestimiento a la ejecución de los sensores de fijación

externa?
Los revestimientos gruesos atenúan las señales de ultrasonidos. Hay que tener siempre
presente el tipo de revestimiento y su grosor.
136

¿Los sensores de ultrasonidos son sensibles a sonidos procedentes de la estructura o del

fluido?
Los sonidos que generan las bombas o las válvulas son de frecuencias esencialmente más
bajas, de modo que resulta fácil distinguir la señal de ultrasonidos del ruido espúreo.
¿Es peligrosa la exposición prolongada de las personas a los ultrasonidos?
Las ondas procedentes de un emisor de ultrasonidos se transmiten con mayor facilidad en
el seno de un líquido que en el aire y por ello circulan por el fluido antes que hacia el
exterior. Además, los emisores de ultrasonidos suelen estar contenidos en el interior de
un cabezal de acero que bloquea la transmisión del sonido hacia el exterior. Por lo tanto,
la intensidad de las ondas sonoras que escapan al aire es muy baja y no constituye ningún
riesgo para la salud.
Fig. 78: Instalación y posicionamiento de sensores ultrasónicos de fijación externa con rieles de montaje.
No hay necesidad de interrumpir el servicio.
137

Caudalímetros másicos Coriolis E+H Medición de caudal
Caudalímetros másicos Coriolis

En muchos ámbitos de la industria es más interesante medir caudales másicos que
caudales volumétricos. En algunos procesos de la industria alimentaria, por ejemplo,
productos como las pastas, las pulpas o el yogur se suelen envasar por peso, y no por
volumen. Por este motivo, en las etiquetas de los envases de estos productos se informa
al consumidor del peso del producto en lugar de su volumen. El motivo de ello es que el
volumen de la mayoría de líquidos puede variar notablemente por influencia de las
condiciones físicas de presión, temperatura y densidad.
Por el contrario, la masa de un fluido no se ve afectada por estas influencias – de modo
que la medición del caudal másico presenta algunas ventajas que el caudal volumétrico
simplemente no puede ofrecer. Este es un aspecto de particular importancia en el
recuento de caudales para el envasado y la facturación.
El modo habitual de determinar la masa de un cuerpo es pesarlo. Pero desde el punto de
vista de la ingeniería surgen grandes dificultades cuando se intenta pesar directamente
una masa que fluye de manera continua por un sistema de tuberías. Sin embargo, en las
últimas décadas ha aparecido un principio de medición que posibilita medir de forma
directa y continua caudales másicos en tuberías, a saber: la medición de caudales másicos
por principio Coriolis. En algunas aplicaciones es más razonable aplicar este principio que
determinar la masa por métodos indirectos a partir de la medición del caudal volumétrico
y la densidad (volumen × densidad = masa).
La primera descripción de este principio se atribuye comúnmente al físico y matemático
francés por cuyo nombre se conoce: Gaspar Gustave de Coriolis (1792–1843). El efecto
ocurre solamente en sistemas en rotación, por ejemplo en tiovivos o en la superficie en
rotación de nuestro propio planeta; pero no debe confundirse con la fuerza centrífuga.
Aunque el uso del término “fuerza de Coriolis” está muy difundido, la descripción de
dicha fuerza suele ser complicada, y mucho su explicación. Esta fuerza aparece cuando
en un sistema se superponen movimientos en línea recta y movimientos rotativos.
En la Figura 79 se ilustra un ejemplo práctico:
Una persona quieta sobre una plataforma circular giratoria a medio camino entre el centro
y el borde sólo tiene que tumbar su peso ligeramente hacia adentro para contrarrestar la
fuerza centrífuga (izquierda). Sin embargo, si la persona se desplaza desde el centro hacia
el borde de la plataforma giratoria, a medida que avanza percibe un aumento de la
velocidad de giro y aparece la fuerza de Coriolis como reacción a las fuerzas de inercia. La
fuerza de Coriolis tiende a desviar la persona de la trayectoria más corta sobre la
plataforma giratoria (es decir, la línea recta sobre el radio de la plataforma circular).
Cuanto mayor sea la velocidad de giro de la plataforma, mayor el peso de la persona y
mayor su velocidad de desplazamiento hacia el borde de la plataforma circular (su “caudal
138

E+H Medición de caudal Caudalímetros másicos Coriolis
másico”), mayor será el efecto de la inercia y mayor se percibirá el efecto de la fuerza de

Coriolis.
En términos matemáticos, el valor de la fuerza de Coriolis (FC) es directamente
proporcional a la masa en movimiento ( m· ), a la velocidad angular de rotación (ω) y a la
velocidad radial (vr) en el sistema en rotación:
·
Fc = 2 ⋅ m ⋅ ω ⋅ vr
m Fc
vr
Fig. 79: Causas y efectos de la fuerza de Coriolis en una plataforma circular giratoria.
Las fuerzas de Coriolis se presentan siempre que en un sistema se superponen movimientos lineales con
movimientos rotacionales (derecha). En ausencia del movimiento lineal (izquierda, persona en reposo),
sólo se perciben las fuerzas centrífugas.
En un caudalímetro de caudal másico de efecto Coriolis, cada partícula individual de masa

se halla sometida a la misma influencia que el cuerpo de la persona en la plataforma
giratoria que vemos en la ilustración anterior (véase la Fig. 80). El movimiento de giro que
origina la fuerza de Coriolis en la descripción anterior se sustituye en el caudalímetro por
un movimiento de oscilación del tubo de medición en su frecuencia de resonancia.
• A caudal cero, cuando el fluido está en reposo, no hay movimiento lineal (a). Por lo
tanto, no se observan fuerzas de Coriolis.
• Por el contrario, cuando la masa de fluido circula, el movimiento inducido por la
oscilación (equivalente a una rotación) del tubo de medición se superpone al
movimiento lineal del fluido en circulación, los efectos de la fuerza de Coriolis
“retuercen” los tubos de medición (b, c), y los sensores (A, B) a la entrada y a la salida
registran una diferencia de tiempos en este movimiento, es decir, una diferencia de fase.
Cuanto mayor sea el caudal másico, mayor será la diferencia de fase (véase la Fig. 81).
139

Fig. 80: El principio de medición de Coriolis (para una explicación detallada: véase la Fig. 81).
a = Caudal cero: estado de oscilación de los tubos de medición a caudal cero
b = Circulación del caudal → estado de oscilación de los tubos de medición en el intervalo de tiempo 1
c = Circulación del caudal → estado de oscilación de los tubos de medición en el intervalo de tiempo 2
140

v>0
B Fc
ω A ω
v m
m
v
Z1 Z2
Fc
y
A
B t
∆ϕ
Fig. 81: Fuerzas de Coriolis y geometría de la oscilación en los tubos de medición.

Cuando el fluido circula, las partículas de masa se mueven a lo largo del tubo de medición y están
sometidas a una aceleración lateral sobrepuesta debida a las fuerzas de Coriolis (FC).
A la entrada del tubo, las partículas de masa (m) experimentan un desplazamiento que las aleja del centro
de rotación (Z1), y regresan de nuevo al centro (Z2 ) a medida que se aproximan al extremo de salida. Las
fuerzas de Coriolis actúan en sentidos opuestos a la entrada y a la salida y el tubo de medición empieza
a “torcerse”. Este cambio de geometría en la oscilación inducida en el tubo de medición se registra en los
sensores (A, B) a cada extremo del tubo como una diferencia de fase. Esta diferencia de fase (∆ϕ) es
directamente proporcional a la masa del fluido y a la velocidad de circulación (v) del mismo; por lo tanto
también al caudal másico.
Un aspecto importante al aplicar los caudalímetros de efecto Coriolis es la posible

presencia de influencias externas, como por ejemplo vibraciones de la tubería. Las
vibraciones en los sistemas de tuberías suelen tener frecuencias de vibración entre 50 y
150 Hz. Por otra parte, las frecuencias de resonancia típicas de los caudalímetros de efecto
Coriolis de E+H están entre 600 y 1.000 Hz; estos caudalímetros son, por lo tanto,
inmunes a las vibraciones inducidas en el sistema de esta naturaleza. Además, por el
mismo motivo, estos dispositivos de medición no necesitan ningún tipo de montaje
especial inhibidor de vibraciones.
El campo de valores de los diámetros nominales habituales disponibles va desde DN 1
hasta 300 (1/24 hasta 12"). Sin embargo, en la práctica podemos hallar desde
141

dosificadores de cantidades muy pequeñas en aplicaciones farmacéuticas hasta

aplicaciones de carga y descarga de navíos mercantes. La elección de los modelos es
correspondientemente amplia.
Medición de densidades (véase también la Página 244):
Los tubos de medición están en oscilación constante a su frecuencia de resonancia. Si la
densidad del fluido cambia, y por tanto, la masa del sistema oscilante (tubo de medición
más fluido), la frecuencia de oscilación se ajusta correspondientemente. La frecuencia de
resonancia es, pues, una función de la densidad del fluido y puede ser utilizada como una
señal de salida adicional.
Medición de temperaturas:
La temperatura de los tubos de medición se determina para calcular el factor de
compensación, que tiene en cuenta los efectos de la temperatura. Esta señal corresponde
a la temperatura de proceso y también está disponible como señal de salida.
Ventajas:
• Principio de aplicación universal para medir caudales de líquidos y gases.
• Medición directa del caudal másico (no requiere compensación de presión y
temperatura).
• El principio de medición no depende de la densidad ni de la viscosidad del fluido.
• La exactitud de medición es muy alta (típicamente ±0,1% v.l.).
• El sensor es multivariable: mide a la vez el caudal másico, la densidad y la temperatura.
• Es insensible a los cambios en el perfil de velocidades.
• No requiere tramos de entrada y salida.
Inconvenientes:
• La inversión económica inicial es relativamente alta.
• El coste de instalación pueden ser considerable, según el tipo de modelo y el fabricante.
• El rango de temperaturas es limitado: típicamente de –50 a +350 °C (–60 a +660 °F).
• Su uso se restringe a fluidos con bajo contenido en gases y a fluidos en una sola fase.
• Algunos modelos de gran tamaño son muy pesados.
Sistemas de medición de tubo doble

En la mayoría de caudalímetros de tubo doble, los tubos de medición oscilan a contrafase;
esta disposición mantienen efectivamente desacoplado el caudalímetro de las influencias
debidas a vibraciones externas. Hay varios tipos de caudalímetros de tubo doble. En lo que
concierne a las características geométricas de los tubos de medición, cada fabricante
ofrece geometrías distintas y se pueden encontrar modelos de tubos rectos, curvados o
ligeramente arqueados. Los tubos rectos o ligeramente arqueados que emplea E+H
permiten construir sensores compactos y ahorradores de espacio (Fig. 82):
142

Fig. 82: Caudalímetros de caudal másico de efecto Coriolis de E+H (ejemplos).

– Promass F (izquierda): Sensor estándar versátil, también apto para caudales grandes.
– Promass A (arriba, derecha): Sistema de tubo simple para volúmenes de caudal pequeños (DN 1 a 4,
1/24 a 1/6").
– Promass I (centro, derecha): Sistema de medición de tubo simple diseñado para aplicaciones
higiénicas.
– Promass E (abajo, derecha): Sistema de medición con un coste de adquisición en propiedad inferior en
relación con los sistemas de medición “tradicionales” en aplicaciones comparables.
– Promass M (no aparece): Sistema de medición para presiones de proceso de hasta 350 bar (5.000 psi).
– Promass H (no aparece): Sistema de tubo simple especial para fluidos químicamente agresivos.
Sistemas de medición de un solo tubo

Los sistemas de medición de un solo tubo presentan diversas ventajas respecto a los de
tubo doble:
• Son fáciles de limpiar.
• Las pérdidas de carga son significativamente inferiores.
• Los esfuerzos inducidos en el fluido son menores porque no necesitan un tabique
separador que reparta el caudal en dos tubos de medición.
143

El inconveniente de este diseño – un único tubo de medición oscilante – es que el

desacoplo, característica inherente en los caudalímetros de tubo doble, no se obtiene de
modo inmediato. Por lo tanto, hay que cuidar durante la etapa de desarrollo de proveer al
caudalímetro de características que desacoplen efectivamente el sistema de influencias
externas.
El sistema de “equilibrio por torsión”:
E+H consigue este desacoplo combinando la alta frecuencia de resonancia característica
con su sistema patentado de equilibrio por torsión, Torsion Mode BalancedTM (TMB). En
el caso del sensor de tubo simple Promass I, el equilibrio necesario para que el sistema
efectúe una medición correcta se consigue por medio de una masa pendular dispuesta
excéntricamente en el tubo de medición, que oscila en sentido contrario para conseguir
un efecto de torsión (Fig. 83). Gracias a este equilibrio del sistema integrado, Promass I
resulta tan fácil de instalar como cualquier sistema de tubo doble. No se requieren
montajes especiales inhibidores de vibraciones corriente arriba ni corriente abajo del
sensor de medición.
El sistema de medición Promass I permite determinar incluso la viscosidad “en cadena”,
como un parámetro más del proceso (→ Página 248).
m 1, v 1
ω ω m 2, v 2
v1
m
2
m1
v2 Σp = 0
m 1 · v 1 = m 2 · v2
Fig. 83: Inhibición de las vibraciones por el sistema de “equilibrio por torsión” de Promass I. Este sistema
de medición de tubo simple fue introducido en 1997 por E+H y no requiere ningún tipo de soporte ni de
accesorio añadido en absoluto.
ω = Velocidad angular, m1 = Masa del tubo de medición más el fluido, m2 = Masa pendular,
v1 = Velocidad de m1 , v2 = Velocidad de m2 , p = Momento lineal
144

Aplicaciones
Las ventajas de la medición de caudales másicos por efecto Coriolis saltan a la vista,
porque este principio de medición no está afectado por factores físicos como la
conductividad, la presión, la temperatura, la densidad y la viscosidad. Por otra parte, no
necesita tramos de entrada y salida, lo cual puede resultar extremadamente ventajoso en
situaciones de poco espacio. No es sorprendente, por lo tanto, que los caudalímetros
másicos de efecto Coriolis se hallen en las más diversas aplicaciones y ámbitos de la
industria, en particular en las industrias química y farmacéutica.
En teoría puede ser medido todo tipo de fluidos: detergentes y disolventes, aceites de
quemar y combustibles, aceites vegetales, grasas animales, látex, aceites de silicona,
tolueno, benzeno, alcohol, metano, zumos de frutas, pasta de dientes, aceites de cocina,
vinagre, ketchup, mayonesa, gases, gases licuifizados (butano, propano, gas natural), etc.
Los caudalímetros de efecto Coriolis registran simultáneamente la densidad del fluido y el
caudal másico, y con la ayuda de sensores de temperatura, también pueden supervisar la
temperatura del fluido. Ciertamente, pues, podemos designar este tipo de medición como
“medición multi-variable”.
Las variables de medición primarias, esto es: el caudal másico, la densidad y la
temperatura, permiten calcular y visualizar otras variables derivadas de éstas, como el
caudal volumétrico, el contenido en partículas sólidas, o valores de concentraciones o de
densidades derivadas (por ejemplo, densidad estándar, °Brix, °Baumé, °API, °Balling,
°Plato). Los sistemas de medición modernos ya van equipados con transmisores que
calculan y ofrecen directamente estas variables de medición secundarias. Las notables
características de estos equipos de efecto Coriolis han abierto nuevos horizontes en:
• La mezcla y el envasado de diversas materias primas
• El control de procesos
• La medición de fluidos con densidades rápidamente cambiantes
• El control y la supervisión de la calidad de los productos
Estos son algunos de los motivos por los cuales el principio de Coriolis se ha establecido
como una técnica de medición probada en los últimos diez años. Los caudalímetros de
efecto Coriolis se emplean con frecuencia en procesos químicos, principalmente en
atención a los aspectos siguientes:
• Son un método directo de medición de caudales másicos con una exactitud de
medición alta (típicamente del 0,1%)
• La gran variedad de materiales posibles para los tubos de medición les confiere una gran
versatilidad.
• Su contenedor secundario les otorga mayor nivel de seguridad.
Muchas aplicaciones de la industria alimentaria disponen de caudalímetros de este tipo,

por ejemplo para la dosificación o el llenado de cantidades pequeñas de ingredientes
(Fig. 84). Los caudalímetros de efecto Coriolis también están adquiriendo una amplia
145

difusión en aplicaciones de recuento de gases a bajas y a altas presiones (Fig. 85), por
ejemplo con gas natural comprimido (CNG). En el mercado también se encuentran
caudalímetros adecuados para numerosas aplicaciones de Custody Transfer.
Fig. 84: Llenado y dosificación con el sensor “Promass M” de E+H. Este equipo puede ser utilizado en
métodos de envasado que involucren una gran variedad de fluidos. La aplicación que presentamos aquí
sobrepasa los 14 ciclos de envasado por minuto.
Las ventajas descritas para este tipo de caudalímetros basados en el principio de Coriolis
han ido abriendo desde ya hace algún tiempo nuevos campos de aplicación para estos
aparatos. Todo indica, además, que el mercado de estos equipos va a continuar su
crecimiento al ritmo actual o incluso se va a expandir en los próximos años.
Las características de los caudalímetros de efecto Coriolis son particularmente atractivas
y prometedoras para aplicaciones que en el pasado eran cubiertas con las técnicas de
medición “tradicionales”. El coste de adquisición en propiedad es uno de los muchos
factores que entran en juego a este respecto. Incluye no sólo el coste inicial de adquisición,
sino también los gastos e inversiones comprendidos durante el ciclo de vida completo del
equipo. Sorprendentemente, los caudalímetros de efecto Coriolis muestran costes de ciclo
de vida muy bajos, porque su mantenimiento es relativamente bajo y muestran un alto
nivel de flexibilidad en condiciones de proceso muy diversas. Otras ventajas que merecen
mención son:
• No hay partes móviles en el interior del tubo de medición
• No necesitan filtros
• No es necesario medir la densidad por separado
146

Fig. 85: Mediciones de gas en una zona de riesgo con un sensor Promass F con diámetro nominal DN
80/3" de E+H. En esta aplicación se mide etileno a presiones entre 75 y 95 bar (1.000 a 1.400 psi) y un
caudal entre 10 y 40 t/h. A pesar de las vibraciones de la tubería, el caudalímetro Promass no requiere
en absoluto medios de soporte o accesorios adicionales.

¿Qué aspectos hay que tener en cuenta al instalar caudalímetros de efecto Coriolis?
El principio físico en sí no exige ninguna demanda especial en tecnología o disposición del
equipo. En lo que concierne a su instalación mecánica, es esencial el cumplimiento
estricto de las instrucciones del fabricante. El conjunto de instrucciones puede variar
notablemente de un fabricante a otro e incluso entre diversos modelos de un mismo
fabricante.
Hablando en términos generales podemos afirmar que los caudalímetros de efecto Coriolis
de E+H no requieren medidas especiales de instalación en el sistema de tuberías. Sin
embargo, en algunas instalaciones puede ser conveniente asegurar mecánicamente
algunos modelos en dos puntos del tramo de tubería, por la sensibilidad a las vibraciones.
A veces, estas diferencias pueden incrementar significativamente el coste de instalación.
¿Hasta qué punto la presencia de gas en el fluido afecta a la medición?
A menudo, los fluidos, en particular los altamente viscosos, contienen gas en forma de
burbujas. Estas burbujas de gas tienen un efecto amortiguador en las oscilaciones del tubo
de medición. Un incremento correspondiente en la potencia de oscilación contrarresta
este efecto amortiguador y compensa con ello su influencia negativa en la medición.
Las grandes intrusiones de gas tienen efectos mucho más notables. A medida que pasan
por el caudalímetro, estas intrusiones pueden desequilibrar la estabilidad del sistema
147

oscilante – en casos extremos, el tubo de medición podría incluso llegar a dejar de oscilar
– y el equipo tiende a reducir la exactitud de medición. Por este motivo, siempre que sea
posible será conveniente prevenir la formación de burbujas de gas. Las opciones viables
para ello incluyen aumentar la presión de proceso o instalar extractores de gas.
¿Cómo afecta la presencia de sólidos en suspensión a la medición?

La presencia de sólidos en suspensión no representa un problema mientras la mezcla sea
homogénea, de modo que permita que las partículas sólidas oscilen al unísono que el
líquido y contribuyan así a la señal de medición. El parámetro crítico es el cociente entre
el tamaño de las partículas (su inercia) y las fuerzas de origen viscoso (las fuerzas de
aceleración). Así, en fluidos poco viscosos, la proporción de partículas sólidas debería ser
lo más baja posible.
Un caudalímetro con tubos de medición ligeramente arqueados puede instalarse de algún
modo que evite la acumulación de partículas sólidas en suspensión en los tubos curvados
(por ejemplo, en posición vertical), en particular cuando el fluido no circula.
¿Qué ocurre si se mide sin contrapresión en la tubería?

En un sistema completamente lleno de líquido se produce cavitación cuando la presión
del sistema cae por debajo de la presión de vapor del fluido en cuestión.
El software de selección y configuración “Applicator”, de E+H, incorpora funciones que
permiten averiguar cuándo se espera cavitación para unas condiciones de proceso
determinadas. En estos casos, “Applicator” dispara un aviso de advertencia.
¿Qué sucede si la tubería no está totalmente llena?

Cuando la tubería está parcialmente vacía, no es posible medir el caudal. En estas
circunstancias, el sistema oscilante es incapaz de alcanzar un estado estable.
¿Cómo afectan a la medición los cambios en el perfil de velocidades?

El perfil de velocidades no tiene ningún efecto en la medición con un caudalímetro de
efecto Coriolis.
¿Qué efectos tiene una bomba de émbolo en las mediciones?

Las bombas de émbolo pueden provocar fuertes fluctuaciones cíclicas del caudal o incluso
pequeños reflujos, causados por ejemplo por el volumen envolvente o por pequeñas fugas
en válvulas o desplazamientos de volumen. Las condiciones de proceso de esta naturaleza
exigen sistemas de medición que reaccionen con rapidez ante los cambios de flujo tanto
en sentido positivo como negativo (flujos bidireccionales). Los caudalímetros másicos de
efecto Coriolis de E+H disponen de funciones que compensan estas fluctuaciones en todo
el campo de valores de medición y permiten corregir las mediciones en caudales
pulsantes. Una bomba de émbolo provoca cambios rítmicos en la densidad en fluidos
compresibles, como son los líquidos que contienen gas. En estas circunstancias es dificil
alcanzar un buen nivel de exactitud en las mediciones. Es posible rectificar esta situación
incrementando la presión estática del sistema o instalando expansores.
148

E+H Medición de caudal Caudalímetros másicos térmicos
Caudalímetros másicos térmicos

Los caudalímetros másicos térmicos son relativamente recientes en la industria de la
medición de caudales. Sin embargo, han tenido una rápida aceptación y un comité de la
norma ISO ya trabaja en unos primeros documentos. Como clase de caudalímetros
distintiva, los equipos térmicos de medición de caudal másico se puede dividir en dos
grupos principales:
El principio de “dispersión térmica” (Fig. 86):
Un elemento calentado se sumerge en el caudal. El ritmo de enfriamiento es una medida
de la velocidad local, y por lo tanto, del caudal.
El principio del “tipo de perfil térmico” o del “aumento de temperatura” (Fig. 87):
Se suministra calor a una zona limitada del fluido. La temperatura local aumenta y la
cantidad de energía añadida permite estimar el caudal másico.
Ambos tipos de dispositivos se hallan en el mercado. La alta sensibilidad de algunos
modelos ha favorecido su amplia difusión en aplicaciones de investigación. Sin embargo,
esta gran sensibilidad también significa que las propiedades físicas del fluido, como la
conductividad térmica, la capacidad calorífica o su composición gaseosa en caso de
mezclas, pueden afectar fácilmente a la medición.
El principio de “dispersión térmica”

Los caudalímetros de dispersión térmica pueden funcionar de dos modos. En ambos casos,
los elementos calentados o enfriados del sensor están conectados en una disposición de
puente de Wheatstone. Si se mantiene constante la intensidad de corriente que circula por
el elemento calentado –por ejemplo, un cable–, la relación entre la temperatura
(resistencia) y el caudal es directamente proporcional. Por otra parte, se puede mantener
constante la resistencia, en cuyo caso la potencia varía al aumentar o disminuir el caudal.
En todos los modelos, el ritmo de disipación de calor en un cable se expresa por la
ecuación de King:
0,5
Q L = ∆T ⋅ { K + ( 2π ⋅ K ⋅ c v ⋅ ρ ⋅ v ⋅ d ) }
QL Disipación de calor en el cable ρ Densidad del fluido

∆T Diferencia de temperatura entre el cable y el v Velocidad del fluido
fluido d Diámetro del cable calentado
K Conductividad térmica del fluido
cv Capacidad calorífica del fluido a volumen constante
La forma de esta ecuación muestra la sensibilidad a las propiedades del fluido y la

importancia que el segundo término adquiere al aumentar el caudal. Esta ecuación es no
lineal, pero afortunadamente las técnicas DSP permiten su fácil linealización. Algunos
149

Caudalímetros másicos térmicos E+H Medición de caudal
modelos emplean un simple cable calentado (los clásicos anemómetros), mientras que
otros utilizan dos termistores, uno como sonda y el otro como referencia. La Figura 86
muestra la punta de estas sondas térmicas. Para medir el ritmo de disipación de calor, el
fluido ha de circular por los elementos calentado (a) y no calentado (b).
Fig. 86: Sonda de un caudalímetro másico de dispersión térmica.

a = Elemento del sensor calentado (se enfría de forma variable según la cantidad de caudal)
b = Elemento de referencia no calentado
Principio de medición del “perfil térmico / aumento de temperatura”

La Figura 87 ilustra el segundo principio de medición, del “perfil térmico / aumento de
temperatura”, en que están basados varios modelos comerciales.
El calor se genera en el interior del caudalímetro y se inyecta en el fluido. En su interior,
dos elementos sensibles miden la diferencia de temperaturas entre puntos diferentes. A
veces se utilizan dos puntos de calentamiento y tres sensores para obtener un perfil de
temperaturas más completo. Cuando el fluido no circula, todos los sensores indican la
misma temperatura.
Cuando el fluido circula, los sensores se calientan o se enfrían con respecto al otro y se
detecta una diferencia de temperatura ∆T, que está directamente relacionada con el
caudal. La ecuación que caracteriza este tipo de caudalímetros es la siguiente:
H
Q m = -------------------------
A ⋅ c p ⋅ ∆T
Qm Ritmo del caudal másico ∆T Diferencia de temperaturas medida

H Cantidad de calor suministrado cp Capacidad calorífica a presión constante
A Constante
150

T1 T2
T
a
b ∆T
T1 T2
L/2 0 L/2
Fig. 87: Caudalímetro másico basado en el principio del “perfil térmico”.

Si se suministra una cantidad de calor (H) a caudal cero se crea un perfil térmico regular (a); las
condiciones de flujo de la circulación del fluido mueven el perfil térmico hacia la derecha (b). H =
Elemento de calentamiento, L/2 = Semilongitud de la tubería, F = Caudalímetro, T = Temp. del tubo,
T1,2 = Sensores de temperatura.
La última ecuación es menos dependiente de las propiedades del fluido, aunque la

constante “A” incluye tanto los efectos de la conductividad como los de la viscosidad.
Para ambos métodos de medición (dispersión térmica y perfil térmico) se han desarrollado
modelos con sensores de detección en uno o varios puntos, para instalación tanto en líneas
principales como en derivaciones (by-pass). Ello permite cubrir un amplio campo de
valores de caudal, desde caudales residuales de gases limpios en usos médicos hasta
grandes volúmenes de gases de antorcha en chimeneas de alivio.
151

Ventajas e inconvenientes de los diferentes modelos

Los dos principios descritos se aplican comercialmente a sensores para instalación en
líneas principales y en circuitos de derivación. Los dos principios operativos y los dos
modelos comerciales básicos se solapan considerablemente, sobre todo cuando se
consideran los campos de velocidades del fluido y las dimensiones de las tubería. Otros
factores que pueden influir en la elección del modelo final dependen de la aplicación
particular y de la naturaleza del fluido que se va a medir. Para determinar el tipo de
modelo ideal en cada caso, consúltese la lista de la Página 295.
Anemómetro térmico:
El tipo más simple de caudalímetro de dispersión térmica es el anemómetro térmico. El
sensor de velocidad es un fino cable de tungsteno, platino o níquel. Existen modelos
comerciales tanto de tipo intensidad constante como de tipo resistencia constante.
Típicamente, el cable es de 0,02 mm de diámetro y va montado entre dos soportes. Su
pequeño tamaño evita una distorsión apreciable del flujo, de modo que se preservan tanto
la sensibilidad del equipo como su correcta ejecución. Puede haber un único sensor o más
de uno orientados en cualquier dirección (Fig. 88). Los modelos más sofisticados se suelen
emplear en aplicaciones de investigación.
Fig. 88: Diferentes modelos de anemómetros térmicos.
Tipos por derivación:

Los tipos de caudalímetros térmicos por derivación (o CTMF = capillary thermal mass
flowmeters -o caudalímetros másicos térmicos por derivación-, como se les conoce
comúnmente) se suelen emplear junto con algún dispositivo de flujo laminar. Una
pequeña cantidad de caudal se desvía por un tubo de derivación conectado a la entrada y
a la salida de algún dispositivo de flujo laminar y se muestrea (Fig. 89). El diseño del
caudalímetro asegura que el ritmo de caudal total de gas que pase por el tubo de
derivación donde se efectúa la medición sea constante. El calentador y los sensores de
temperatura no se suelen hallar en el conducto principal, sino en un tubo de derivación.
Algunos modelos no tienen tubo de derivación ni dispositivo de flujo laminar, y los
sensores se hallan directamente en el conducto principal (en la tubería). Puede haber uno
o dos calefactores y hasta tres sensores dispuestos de diversas formas a lo largo del tubo.
152

a T1 b T2 T3
Fig. 89: Caudalímetro másico de tipo térmico por derivación.

a = Circuito de derivación, b = Elemento calefactor, c = Dispositivo de flujo laminar,
T1 –T3 = Sensores de temperatura
En general, el caudalímetro CTMF se suministra con los accesorios necesarios para su

acoplamiento, aunque se pueden proporcionar accesorios de acoplamiento a brida. Este
modelo de caudalímetros suele ir combinado con un controlador de caudal corriente abajo
del sensor. Esta configuración se denomina controlador de caudal másico. Típicamente, la
interfaz electrónica se halla ubicada en la misma unidad que el circuito de derivación.
Caudalímetros de inserción (véase también la Página 195 y sig.):
Los caudalímetros de inserción se suelen utilizar para tuberías largas. Sin embargo,
algunos modelos están preparados para funcionar también con diámetros inferiores a DN
50/2". Los sensores se hallan en el extremo de una sonda que se inserta en la corriente
de gas en circulación. El ritmo del caudal másico total se determina a partir de ritmo del
caudal detectado en el punto de medición, la sección transversal y la compensación del
perfil de velocidades de flujo.
Los sensores incluyen comúnmente algunos niveles de protección física. Muchas
adaptaciones de montaje incluyen accesorios de acoplamiento de tipo brida, caja
prensaestopas para la contención de la empaquetadura y accesorios para aplicaciones
sanitarias y de alta pureza. La disposición de los sensores en la sección transversal de la
tubería es crucial para una ejecución óptima. Si no es posible disponer la instalación
recomendada por el fabricante, será necesario efectuar medidas de adaptación.
Algunos modelos de caudalímetros de inserción permiten ajustar la posición de los
sensores en la tubería para colocarlos en la posición de medición óptima. Para instalar
caudalímetros de tipo de inserción en tuberías existentes se suelen emplear adaptadores
soldados a la superficie externa de la tubería. Los caudalímetros de inserción se instalan
153

en la tubería con ayuda de este adaptador. Los accesorios de acoplamiento del adaptador
deben corresponderse con los de la sonda de inmersión.
En algunas aplicaciones se emplean modelos de inserción múltiple. Un uso común de
estos modelos es, por ejemplo, el control de gases en chimeneas de alivio o de
contaminación en procesos gaseosos. Algunos modelos pueden presentar un aspecto muy
parecido a los tubos Pitot de puerto múltiple descritos en la Página 64 cuyas sondas
térmicas reemplazan los puntos de detección de presión. Estos toscos modelos requerirán
ser retirados periódicamente para su limpieza, pero han demostrado ser métodos
aceptables para estas difíciles aplicaciones.
Caudalímetros másicos de tipo térmico en línea:
Los caudalímetros másicos de tipo térmico en línea (in-line thermal mass flowmeters,
ITMF) comprenden tres elementos: el cuerpo, el elemento sensor y la electrónica, que
puede hallarse en una ubicación remota, lejos del sensor primario (véase la Fig. 91). Como
en la mayoría de instrumentos modernos, el procesamiento de señales permite una gran
variedad de funciones asociadas a la medición de caudales y de alarma en cualquier tipo
de formato de salida. Los cuerpos disponen de una amplia variedad de conexiones a
proceso (ANSI, DIN, NPT roscada o sanitaria) para que se adapten a cada aplicación
particular.
La Figura 90 muestra la disposición esquemática de uno de estos caudalímetros en
cadena. Los sensores pueden ser de un diseño parecido al que se muestra en la Fig. 86.
Fig. 90: Diseño de un caudalímetro en cadena.

a = Elementos sensores (calentado/no calentado), b = Amplificador, c = Resistores.
Derecha: “t-mass” de E+H (versión para instalación entre bridas).
Considerados en conjunto, las características genéricas que los caudalímetros térmicos de

caudal másico presentan son bastante buenas, con ventajas e inconvenientes. Su campo
de ejecución general va desde un 2% v.l. hasta un 1% v.f.e. para reducciones de campo
154

(turndowns) de 50:1 y superiores. Su repetibilidad suele estar en torno a un 0,25% v.l.

Los distintos modelos abarcan caudales de entre 2 y 10.000 kg/h (4,4 y 22.000 lb/h) e
incluso superiores.
Fig. 91: Caudalímetro térmico “t-mass” para medición de caudal másico de E+H.
De izquierda a derecha: versión para instalación en brida (versiones compacta y remota), sensor de
inserción (versiones compacta y remota)
Ventajas:
• Presentan una amplia reducción de campo (turndown) del caudal
• No tienen partes móviles.
• La salida del caudal másico es directa.
• Las pérdidas de carga son despreciables.
• Algunos modelos ofrecen la posibilidad de detección en un solo punto o en más de uno.
• Ofrecen una característica de respuesta rápida a las variaciones de caudal.
• Su sensibilidad de medición es alta.
• Hay modelos disponibles para una amplia variedad de tamaños de tubería.
• Hay modelos disponibles para un amplio campo de valores de presión y temperatura.
Inconvenientes:
• Los tipos ITMF son sensibles a las condiciones de instalación.
• Requieren una atención regular en aplicaciones con fluidos contaminados.
• Algunos modelos son sensibles a la composición del gas.
• Requieren una calibración cuidadosa.
• Los cambios rápidos de la temperatura de proceso pueden causar efectos de
transferencia de calor variables.
155

Aplicaciones
En los últimos años, el uso de caudalímetros térmicos mayoritariamente en aplicaciones
de investigación como, por ejemplo, pruebas en túneles de viento y en circulación de
caudales, se ha desplazado hasta ganar un bien merecido puesto en muchos procesos
industriales. Estos caudalímetros se pueden emplear tanto para caudales newtonianos
como no newtonianos y admiten un amplio campo de valores de temperatura. Algunos
modelos adaptados con un recubrimiento especial de cerámica se emplean en aplicaciones
con metales líquidos. Hay modelos aptos para aplicaciones con líquidos, pero éstos aún no
han sido suficientemente probados en aplicaciones industriales. La inmensa mayoría de
caudalímetros térmicos se emplean con éxito en caudales gaseosos.
Los campos de aplicación típicos incluyen:
• Laboratorios de investigación y desarrollo
• Plantas de producción de gases limpios (Ar, He, H2, etc.)
• Caudales de gases a muy baja presión, por ejemplo, un simple conducto de aire.
• Aplicaciones en calefacción, ventilación y acondicionamiento de aire (aplicaciones
HVAC)
• Uso en aplicaciones de ingeniería médica, por ejemplo con caudales de sangre
• Medición de gases anestésicos
• Medición de descarga de gases en chimeneas de alivio y tubos de escape de gases
• Control de gases en procesos de fabricación de semiconductores
• Aplicaciones de control de CO2 en cerveceras
• Medición de gases O2 y N2
• Aplicaciones de control de aire precalentado y quemadores de gas
• Caudales de gases residuales en plantas de tratamiento de aguas
En general, los caudalímetros térmicos pueden ser considerados alternativas viables a los
caudalímetros de disco de diafragma y de vórtice que se emplean en medición de gases.

¿La humedad afecta a los caudalímetros térmicos?
Sí. Hablando en términos generales, un caudalímetro que funcione entre –70 punto de
rocío y +15 °C punto de rocío mostrarán sólo una ligera desviación de señal. Fuera de este
margen, el caudalímetro empezará a mostrar un error positivo que puede llegar a ser del
100% para un gas completamente saturado (es decir, mojado).
¿Los cambios en la composición de una mezcla gaseosa afectan a la medición con un
caudalímetro térmico?
Sí. Cada gas tiene sus propias propiedades térmicas. Al cambiar la composición, el valor
absoluto para la mezcla también cambia. Sin embargo, este cambio puede ser
insignificante si la mezcla se compone de muchos gases. El usuario deberá evaluar su
aplicación para cada componente gaseoso en relación con lo esperado.
156

¿Las condiciones de instalación afectan a los caudalímetros térmicos?

Sí. Un caudalímetro térmico es un dispositivo robusto pero sensible. Por ello, es
conveniente seguir las especificaciones de instalación del fabricante y mejorarlas, cuando
sea posible. Algunos fabricantes aconsejan incluso duplicar las longitudes de los tramos de
trabajo corriente arriba de las tuberías para gases ligeros como el helio o el hidrógeno.
¿Cuál es el campo de valores de ejecución de los caudalímetros térmicos?
En términos generales, los caudalímetros térmicos pueden trabajar con valores inferiores
a 0,2 m/s (0,7 pies/s) hasta más allá de 50 m/s (165 pies/s). Sin embargo, en la mayoría
de aplicaciones de gas, la velocidad del gas raramente sobrepasa los 40 m/s (130 pies/s).
¿Los caudalímetros térmicos pueden leer flujo inverso?
Sí, pero en la mayoría de casos se confunden flujo inverso y flujo bidireccional. La mayoría
de modelos de caudalímetros térmicos que se fabrican no son aptos para aplicaciones con
flujos bidireccionales. Los caudalímetros responden para ambos sentidos de circulación
del caudal pero no son capaces de asignar un sentido de circulación.
¿Los cambios de temperatura y presión de proceso afectan a los caudalímetros térmicos?
Sí, pero la magnitud de la variación es distinta para cada gas. Con caudales normales, un
cambio >5 bar G en una aplicación con aire afectará a la salida del caudalímetro en
aproximadamente un 1% (según el fabricante). Un cambio parecido en una aplicación con
hidrógeno no afectará en absoluto al caudalímetro, mientras que el efecto del amonio
rondará en torno a un valor > 10%. La salida de un caudalímetro térmico a caudal cero o
caudales muy bajos puede ser muy dependiente, según el gas, de las condiciones de
proceso. Por este motivo, algunos fabricantes proporcionan una opción de función
programable de “supresión de caudal residual” que elimina el cero. En cualquier caso,
siempre es recomendable confirmar las desviaciones de comportamiento esperadas con las
aplicaciones seleccionadas.
Un problema que se presenta en aplicaciones con líquidos es la presencia de gases
disueltos que puedan gasificarse por cambios en la presión de proceso. Estos cambios de
presión pueden formar burbujas que modifiquen el ritmo de transferencia calórica en la
zona del sensor y modifiquen el punto de calibración del equipo.
¿Las vibraciones afectan a los caudalímetros térmicos?
No. Las vibraciones presentes en la mayoría de instalaciones no afectarán en general a los
caudalímetros térmicos. Sin embargo, siempre es recomendable evitar dichas vibraciones,
siempre que sea posible, por motivos de fiabilidad y seguridad.
157

Canales abiertos / Tuberías sólo parcialmente llenas E+H Medición de caudal
Canales abiertos / Tuberías sólo parcialmente llenas
Principio de medición / ecuaciones de descarga de caudal

El nivel de agua (altura hidrostática h) en un canal abierto se relaciona directamente con
el caudal de descarga (Q). Cuanta más agua circule por un canal abierto, mayor será el
nivel de agua. La fórmula básica para el caudal de descarga es sencillamente:
Q = f(h)
Q Caudal o volumen de descarga

h Nivel del agua (profundidad de la corriente de agua corriente arriba)
Si conocemos la curva Q/h de un canal abierto, es posible determinar el ritmo de descarga

para cualquier nivel de agua. La forma de la curva de descarga depende principalmente de
la geometría del canal abierto y de su sección transversal. A menudo, el caudal
fundamental (Q) se calcula a partir de determinar la velocidad del fluido (v) y multiplicarla
por la sección transversal del área que queda sumergida (A). Sin embargo, hay diversas
maneras de hallar la curva Q/h:
• Con el empleo de caudalímetros u otros sensores de medición de velocidad de caudales.
• Por métodos de medición con trazadores para determinar el caudal general.
• A partir del método de los caudales diferenciales.
• Con la ayuda de métodos de medición estandarizados como vertederos y canales
abiertos con curvas de caudal conocidas, tomadas a partir de tablas y gráficos de valores
empíricos determinados en laboratorios.
Se han desarrollado diseños estandarizados de vertederos y canales abiertos para

acondicionar el nivel del agua y así poder efectuar mediciones de nivel fiables de un modo
controlado. Los vertederos y los canales abiertos elevan el nivel del agua de manera que
la descarga corriente abajo no influye en la medición del nivel del agua corriente arriba.
Los vertederos y los canales abiertos obedecen ecuaciones básicas del tipo:
Q = C ⋅ Ra ⋅ hb
C Coeficiente de flujo
R Factor dependiente de la geometría del canal
h Nivel del agua
a, b Exponentes, dependientes del método empleado para la medición (vertederos, canales
abiertos, etc.)
De la ecuación se desprende que para estimar la descarga de un canal abierto basta una
medición del nivel de agua fiable. El resto de términos se han determinado empíricamente
o se hallan documentados en diversos estándares. El método de medición de nivel es
independiente del dispositivo de medición de caudales empleado.
158

E+H Medición de caudal Canales abiertos / Tuberías sólo parcialmente llenas
Métodos de medición de caudal para canales abiertos (esquema general)
Canales abiertos
Descripción → Página 161
Vertederos
Método de los caudales diferenciales

Tuberías sólo parcialmente llenas (caudal de superficie

libre)
C1
C2
Métodos de traza
159

Medición de niveles (nivel del agua, profundidad del agua)

Disponemos de muchas técnicas de medición de niveles de agua (altura hidrostática):
• Medición por ultrasonidos o por microondas
• Flotadores
• Medición de presiones (presión hidrostática)
• Método del burbujeo (por ejemplo, con burbujas de aire)
Cada uno de los métodos enunciados tiene sus puntos fuertes y sus puntos débiles. Sin
embargo, en los últimos años, los sistemas de medición por ultrasonidos y por microondas
han ganado terreno frente a los antiguos métodos de burbujeo o de medición de presión.
Esto es por la facilidad de instalación y los bajos costes de mantenimiento que ofrecen los
primeros.
Puesto que la medición de niveles queda fuera de los objetivos de este Manual de caudal,
el lector interesado puede consultar el “Manual de tratamiento de aguas residuales” de
E+H, además de la bibliografía que hallará al final de este libro.
Fig. 92: Medición del nivel de agua corriente aguas arriba de un canal abierto.
Foto: Transmisor de medida por ultrasonidos de E+H.
160

Canales abiertos
Los canales abiertos son pasos estrechos de control de caudal en el conducto, cuyas
secciones pueden presentar distintas formas (Fig. 93). Estos pasos estrechos son simétricos
respecto al eje del canal. Hay canales abiertos con y sin alzamientos del lecho. Se
recomienda una verificación del diseño en caudales elevados para evitar que se acumulen
sedimentos en el paso estrecho.
Los pasos estrechos en un canal con caudales de descarga crean en principio un “canal
Venturi”. En este tipo de pasos estrechos, el agua se ve obligada a remansarse en el frente
de entrada al canal abierto. El nivel de esta entrada de agua permite determinar el caudal
o el volumen de descarga.
Para asegurar el correcto funcionamiento de este tipo de sistema de medición, el canal, el
paso estrecho y el nivel aguas abajo deben cumplir unos principios de diseño
determinados. Las dimensiones del canal abierto deben establecerse de modo que en el
paso estrecho tenga lugar un cambio en el estado de circulación del fluido – por ejemplo,
que se dé una transición de circulación “tranquila” a “rápida” y otra vez a tranquila.
A B C
Fig. 93: Ejemplos de estructuras estándar para canales abiertos.

A = Vista lateral, B = Vista frontal, C = Vista desde arriba.
Los propios usuarios pueden construir canales abiertos en concordancia con los estándares
conocidos (Fig. 92), o bien los mismos fabricantes de sistemas de medición lo ofrecen
161

como una unidad de medición más (Fig. 94). Para los modelos de canales abiertos ya
establecidos, como los de tipo Parshall, Palmer Bowlus o Khafagi, los fabricantes disponen
de ecuaciones de descarga especiales deducidas empíricamente a partir de los ya
construidos. La forma general de estas ecuaciones es:
Q = K ⋅ b ⋅ hn
K Coeficiente (dependiente de la geometría del canal abierto, de la velocidad de incidencia y

del factor de descarga dependiente del rozamiento)
b Anchura del paso estrecho
h Nivel del agua (altura hidrostática) antes del paso estrecho (el valor del exponente “n” suele
estar entre 1,5 y 1,8)
El coeficiente “K” está documentado en los respectivas publicaciones ISO para una gran
cantidad de tamaños y geometrías. Los canales abiertos Parshall están muy difundidos en
Norteamérica, y en Europa los canales abiertos Venturi. Comúnmente, los canales
abiertos Khafagi-Venturi son considerados los más precisos de este tipo. Estos modelos
consiguen errores de medición inferiores al 2%. La altura hidrostática enfrente del paso
estrecho también obedece a una relación perfectamente definida con el caudal:
Q = 0,01744 ⋅ b ⋅ h1,5 + 0,00091 ⋅ h2,5
b Anchura del paso estrecho

h Nivel del agua (altura hidrostática) antes del paso estrecho
E+H también ofrece canales abiertos de tipo Khafagi además de los canales abiertos de tipo
Venturi según la normativa ISO 4359, junto con un medidor de nivel del agua por
ultrasonidos.
Fig. 94: Canales Venturi de varias

medidas según la normativa
ISO 4359.
162

El nivel del agua en el caudal incidente siempre empieza a caer antes de que el agua entre
en la garganta (paso estrecho), por lo que la medición de nivel debería llevarse a cabo algo
más allá aguas arriba –por lo menos unas cuatro veces la anchura del canal, incluidos los
posibles cilindros amortiguadores en la pared del canal. Los cilindros amortiguadores
presentan la ventaja de eliminar en la medición la influencia de las olas en la superficie y
la “espuma”.
El lector interesado hallará más información acerca de los canales en el “Manual de
tratamiento de aguas residuales” de E+H.
Ventajas:
• Dispone de estándares universales. Es un sistema de medición con una gran aceptación.
• Ofrece incertidumbres típicas de entre 2 y 5%.
• Resulta prácticamente inmune a los efectos perturbadores aguas arriba si se observan
correctamente las instrucciones de instalación.
• Es de mantenimiento fácil.
• Los canales abiertos son altamente resistentes a la contaminación, y hasta cierto punto
“se limpian solos” (aspecto importante en relación con la descarga de sedimentos).
Inconvenientes:
• Los canales abiertos presentan limitaciones de caudal y de tamaño en comparación con
los vertederos.
• Requieren prácticas de ingeniería civil extensiva.
• Los costes de instalación son altos (más caros que los vertederos).
• Las corrientes sumergidas afectan a la medición. Tamaño crítico en función de la
pendiente.
Vertederos
Los vertederos constituyen las estructuras de medición de caudales de descarga en canales
abiertos más comunes después de los canales. Un vertedero consiste normalmente en una
pared transversal a un canal que contiene una sección de medición. Esta pared mantiene
el nivel del agua corriente arriba. El caudal o volumen de descarga se obtiene midiendo la
altura de descarga antes del vertedero. Existen ecuaciones de caudal empíricas para los
vertederos, que dependen de la geometría del borde de la pared de medición. A
continuación se describen dos:
Q = K ⋅ b ⋅ h1,5 (para vertederos rectangulares)

Q = K ⋅ b ⋅ h 2,5 (para vertederos en forma de V)
K Factor de descarga (depende de los cocientes anchura de la sección de medición / anchura del
canal, altura de descarga / altura y ángulo de abertura α para vertederos en V)
b Anchura de la sección de medición
h Altura de descarga
163

A partir de su diseño es evidente que se produce un cambio brusco en la altura

hidrostática al caer el agua por encima del vertedero, y una disipación de energía en
el proceso. La pérdida de altura hidrostática en los vertederos es mayor que en los canales
abiertos. Dado que el nivel del agua es constante hasta casi el mismo borde del vertedero,
la posición del sensor de nivel es menos crítica. Sin embargo, en este caso también se
recomienda una distancia de hasta cuatro veces la anchura del vertedero, incluida la
posición de cilindros amortiguadores en la pared lateral.
b
b
α
h
h
b b
h
h
Fig. 95: Ejemplos de vertederos con diferentes perfiles de abertura.

Arriba izquierda: vertedero en forma de V. Arriba derecha: vertedero trapezoidal (vertedero Cipoletti).
Abajo izquierda: vertedero rectangular. Abajo derecha: vertedero rectangular sin obstrucciones laterales.
h = Altura de descarga, b = Anchura de la sección de medición, α = Ángulo de abertura
Se han desarrollado muchos diseños distintos de vertederos, muchos más que canales
abiertos. Esto es porque los vertederos pueden cubrir campos de valores de caudal mucho
mayores y muchos más tamaños de canal. Para caudales bajos, el vertedero es una simple
estructura en forma de V. Si además dispone de una placa de borde fino, la incertidumbre
en la medición es menor (siempre que la placa se mantenga en buenas condiciones). Si
por algún motivo el borde de esta placa resulta dañado (por sedimentos o escombros
arrastrados por la corriente), la incertidumbre de la medición se incrementa.
En la mayoría de ríos se emplean vertederos rectangulares o vertederos de sección de paso
poligonal. Los obstáculos laterales o una combinación de varias geometrías (vertederos
compuestos) sirven para definir y separar las descargas con más claridad, por ejemplo, en
condiciones de diversos niveles de agua bajos, medios y altos (véase la Fig. 101).
El lector interesado hallará más información acerca de los vertederos en el “Manual de
tratamiento de aguas residuales” de E+H.
164

Ventajas:
• Dispone de estándares universales. Es un sistema de medición de gran aceptación.
• Hay numerosos tipos de vertederos disponibles para un amplio campo de valores de
caudal.
• La incertidumbre de la medición es: típicamente entre 2 y 4%.
• Resulta prácticamente inmune a los efectos perturbadores corriente arriba si se
observan correctamente las instrucciones de instalación.
• Su construcción es sencilla (más fácil que los canales abiertos).
Inconvenientes:
• Los vertederos representan obstrucciones, por lo que no son adecuadas para fluidos que
arrastren grandes cantidades de sedimentos. Los escombros arrastrados por la corriente
pueden bloquear el vertedero.
• Los vertederos no sirven si hay remansos de agua (susceptibles a las corrientes
sumergidas).
• Requieren prácticas de ingeniería civil extensiva.
• La pérdida de altura hidrostática es de 3 a 4 veces mayor que en los canales abiertos.

Este es un método de medición de caudales estandarizado y bien probado en canales,
viaductos de transporte y ríos de todos los tamaños. La descarga se obtiene como una
suma sobre toda la sección del río de los productos de las velocidades y las áreas de las
secciones transversales correspondientes a una serie de observaciones, ya sea
matemáticamente o por métodos gráficos.
El río se divide primero en una serie de secciones de igual anchura (Fig. 96). Para cada
sección se mide la velocidad de la corriente (vi) a distintas alturas (h) y se calcula la
velocidad para un diferencial de superficie correspondiente. Las velocidades de cada
diferencial de superficie se integran para toda la anchura del río (b) y se obtiene el caudal
volumétrico total.
Cálculo de la velocidad de cada diferencial de superficie (qi) para toda la altura del
agua (hi):
hi
qi = ∫ ( vi ⋅ dh ) [m2/s]
0
El caudal volumétrico total resulta de integrar todos los diferenciales de caudal (qj) para
toda la anchura del canal (b):
Q = ∫ ( qj ⋅ db) ) [m3/s]
0
165

v1
v2
hi
vj
qj
q2
q1
Fig. 96: Principio de medición del método del caudal diferencial. Arriba: Medición de la sección
transversal (b), Medio: Caudal diferencial (q), Abajo: Diagrama del volumen de descarga (véase la
explicación en el texto). Ilustración: Oficina Federal Suiza para el Medio Ambiente FOEN, Berna (CH).
166

Fig. 97: Instalación permanente en un puente de un río para la medición de la velocidad del caudal.
Vemos una barra calibrada con marcas de profundidad, que sujeta en el extremo un caudalímetro de
corriente. Derecha: Puesto para indicación del nivel del agua. Foto: Oficina Federal Suiza para el Medio
Ambiente FOEN, Berna (CH).
La medición por este método se lleva a cabo tradicionalmente con caudalímetros de

corriente según ISO 2537 y ISO 3455 (Fig. 98). Estos dispositivos son muy sensibles
cuando son manejados por manos expertas. En vías de agua de cierta importancia suelen
adecuarse instalaciones de medición especiales para su control práctico permanente
(Fig. 97). Otros tipos de ayuda incluyen estaciones con flejes sonda, flejes sonda desde un
ferry o embarcaciones de medición para vías de agua con anchuras que alcancen varios
kilómetros.
167

Fig. 98: Caudalímetro de corriente para la determinación de la velocidad del caudal a diferentes
profundidades. Foto: Oficina Federal Suiza para el Medio Ambiente FOEN, Berna (CH).
En determinadas circunstancias (véase ISO 748), también se efectúan mediciones de

velocidad con flotadores de superficie o con barras de velocidad.
Por otra parte, también se puede determinar la velocidad del caudal con la ayuda de una
serie de haces de ultrasonidos a través del río. Este método es más moderno, pero se basa
en las mismas ecuaciones que hemos detallado en esta sección para estimar la descarga
total. Los sensores por ultrasonidos miden la velocidad y la profundidad de acuerdo con
los estándares ISO 3354 e ISO 3966, en que se detalla dónde hay que colocar los haces
en conductos con formas circular y rectangular, respectivamente. Recientemente se ha
comercializado una adaptación de esta técnica. El método de determinación del perfil de
corriente por efecto Doppler acústico (ADCP, es decir: Acoustic Doppler Current Profiler)
se explica con mayor detalle en la Página 175.
Tuberías parcialmente llenas (caudal de superficie libre)

En muchos casos el uso de canales abiertos o vertederos no es practicable. En estas
situaciones, podemos recurrir a un método de medición basado en el caudal de superficie
libre. En circuitos cerrados, el agua de drenaje circula principalmente a varios niveles por
tuberías circulares. Dado que la velocidad del agua en la tubería (v) es una función de la
altura hidrostática (hp), el caudal volumétrico se puede deducir a partir de la
determinación de ese nivel. Sin embargo, este método no debería emplearse a menos que
se satisfagan las condiciones siguientes:
168

• La pendiente del canal ha de ser conocida con exactitud.

• La geometría de la sección transversal (D) ha de estar bien definida.
• Las condiciones y la calidad del canal deben ser conocidas.
• El fluido no ha de estar sometido a presión.
Los ritmos de descarga para las tuberías parcialmente llenas pueden hallarse en las tablas
que proporciona la literatura especializada. En los libros de texto, los ritmos de descarga
se presentan tanto en forma de tablas como en forma de nomogramas (Fig. 99) para
diversos diámetros nominales, para diferentes pendientes de desagüe y para distintas
rugosidades de la superficie de la tubería. Si conocemos los ritmos de descarga de la
tubería totalmente llena (QF , vF), a partir del nomograma siguiente podemos leer
directamente el ritmo de descarga y la velocidad de flujo (QP , vP) para la tubería sólo
parcialmente llena. Para secciones transversales de geometría no circular (ovaladas y de
otros tipos), los manuales de referencia ofrecen curvas y nomogramas análogos.
1.0 hP
D
0.8
QP / Q F
0.6
D
0.4
vP / vF
hP
0.2
0
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2
QP / Q F vP / vF
Fig. 99: Curvas de descarga y velocidad para tuberías de geometría circular parcialmente llenas.
Fuente: Libro de tablas de la hoja de trabajo A 110. 2.Edición, Ingwis-Verlag (ISBN 3-927472-00-X).
Una técnica más “moderna” consiste en utilizar sensores para medir la profundidad del
agua y la velocidad del caudal en tuberías parcialmente llenas. La Figura 100 muestra un
posible equipo de medición de este tipo – el nivel del agua se determina por ultrasonidos,
y la velocidad del caudal con un Caudalímetro magnético (“ratón de canal”). Otras
combinaciones disponibles comercialmente utilizan microondas. A continuación
ofrecemos una lista de las ventajas y los inconvenientes que presentan estos métodos:
169

Ventajas:
• Presentan una buena relación coste-efectividad porque sólo precisan una o dos simples
mediciones.
• Los distintos accesorios de medición pueden ajustarse en cualquier momento.
• No requieren remansamiento del agua.
• Permiten medir el agua represada y los reflujos.
Inconvenientes:
• Presentan una incertidumbre si no se conocen con exactitud todos los detalles de las
condiciones de medición.
• Pueden requerir calibración o ajuste local.
• Algunas condiciones como la rugosidad de la tubería o la sedimentación en el conducto
pueden cambiar con el tiempo.
• El montaje del sensor en canales puede ser complicado en la práctica.
v v
Fig. 100: Medición de caudal en tuberías parcialmente llenas / canales con sensores para la medición
del nivel del agua (por ultrasonidos) y la velocidad de circulación del fluido v (por inducción magnética).
Recientemente, se han desarrollado caudalímetros electromagnéticos que funcionan en

tuberías sólo parcialmente llenas. Las bobinas de estos dispositivos admiten dos modos de
excitación en serie que dan un valor promedio para la velocidad y uno para la profundidad.
Para medir estos dos parámetros se emplean diversos conjuntos de electrodos, a partir de
éstos se estima la descarga total. Esta tecnología es relativamente nueva y los datos hasta
el momento sobre esta aplicación aún son escasos.
Por contra, la importancia de la medición por ultrasonidos en tuberías parcialmente llenas
por el método ADCP (Acoustic Doppler Current Profiler) continúa aumentando. Este
principio de medición en expansión se describe en la Página 175.
170

Métodos de traza
Este principio de medición, empleado sobre todo en flujos turbulentos, se describe con
detalle en la Página 177 y sig. Allí, el lector encontrará las ecuaciones fundamentales para
el cálculo del caudal de descarga, además de las ventajas y los inconvenientes de estas
aplicaciones.
Aplicaciones
Las mediciones de caudal en canales abiertos cubren un amplio campo de aplicaciones. A
continuación se mencionan los cinco tipos principales. En la Página 312 se hallará más
información.
Canales abiertos
Se emplean para la medición de caudales de temporales de lluvia o de aguas sin tratar,
descargas de aguas torrenciales, aguas residuales, caudales fluviales en los tramos alto,
medio y bajo, licores mezclados de baja concentración (pero sin posos).
Vertederos
Se utilizan para la medición de caudales de agua de lluvia; caudales poco sedimentosos
(tramos fluviales medios o bajos), en los cuales se requiere una importante reducción de
campo (turndown); caudales de agua de cualquier tamaño.
Se emplean en determinación de caudales de corrientes fluviales de cualquier tamaño,
caudales de desagüe, entradas de agua e infiltraciones.
Tuberías parcialmente llenas
Se usan para medición de caudales de irrigación, colectores de aguas residuales, grandes
canales de afluencia artificiales, algunas corrientes pequeñas.
Métodos de traza
Se utilizan en cualquier tipo de mediciones en redes de suministro de agua, plantas de
aguas residuales industriales o urbanas, agua corriente y estudios hidrológicos –en
especial, en presencia de caudales turbulentos.

Vertederos y canales abiertos: ¿con qué frecuencia deben ser inspeccionados y en qué
consiste dicha inspección?
Es conveniente inspeccionar periódicamente tanto el equipo principal de medición de
caudales como los sensores de detección del nivel de agua secundarios. Para evitar los
efectos que provoca la sedimentación en el grado de incertidumbre de la medición, es
conveniente vaciar y limpiar el vertedero o el canal abierto cada cinco años. Asimismo,
es necesario reparar cualquier daño en el hormigón y en los bordes del vertedero. El
transmisor secundario ha de comprobarse por lo menos cuatro veces al año. En invierno,
estas inspecciones deberían ser más frecuentes para asegurarse de que el hielo no haya
171

dañado el sensor o se haya descalibrado. En las aplicaciones en que se utilicen flotadores

para la detección de niveles, la presencia de hielo los inutiliza. Por otra parte, será
necesario hacer ajustes del punto cero y del campo de valores de medida cuando una
calibración en el lugar de trabajo indique errores.
Vertederos: ¿por qué el vertedero ha de tener una forma angulosa?
El borde anguloso del vertedero confiere al chorro de descarga una forma nítida en el otro
lado de la pared de el vertedero. Cuanto más definido sea el chorro, más exactitud tendrá
la medición total.
Fig. 101: Vertedero compuesto, utilizada para la determinación de las condiciones del nivel de agua:
bajo, medio y alto. Foto: Oficina Federal Suiza para el Medio Ambiente FOEN, Berna (CH).
Vertederos: ¿qué hacer en situaciones de desbordamiento?

El clima de algunas zonas del planeta comporta diferencias extremas del nivel de las aguas
de los ríos de esas regiones, que forman parte de la propia naturaleza del río. En tales
situaciones se utilizan vertederos compuestos. Los vertederos compuestos consisten en
una sección de medición para condiciones de caudal bajo, que se utiliza el 95% del
tiempo, más otras secciones y elementos laterales que se emplean en situaciones de
grandes avenidas de agua. La sección central puede ser un vertedero o un canal abierto y
las secciones exteriores suelen presentar forma de vertedero.
La Figura 101 muestra un ejemplo de vertedero compuesto que utiliza un vertedero
172

central de sección de paso poligonal, vertederos laterales anchos y elevados y paredes de

canal abierto verticales para situaciones de grandes avenidas de agua. La sección en ángulo
para medición de niveles es claramente visible en la pared.
Vertederos y canales abiertos: ¿cómo obtener la curva Q/h de un canal?
Los fabricantes de vertederos y canales abiertos proporcionan tablas de descarga para sus
productos. A continuación estas tablas se han de programar en algún dispositivo que
analice la señal de detección del nivel de agua. Algunos programas de software para el
cálculo de curvas Q/h son de dominio público y se pueden descargar desde Internet (por
ejemplo, la aplicación ToF-Tool de E+H), o bien el usuario puede solicitar alguno al
fabricante del equipo de medición de niveles. Estas aplicaciones de software pueden
efectuar la mayoría de cálculos y son adaptables al equipo de campo.
Tuberías parcialmente llenas: ¿qué aspectos son importantes en la medición de niveles
en desagües de alcantarilla?
Los caudales de los desagües de alcantarilla, por su naturaleza, pueden contener
materiales en descomposición que desprendan gases inflamables (por ejemplo, metano);
o, por otra parte, la presencia de oxígeno puede ser escasa. Antes de introducir el
Caudalímetro en un lugar cerrado, debería retirarse la cubierta durante una hora
aproximadamente para que el aparato se ventile y se expulsen los gases peligrosos que
pudiera contener. Para detectar la presencia de metano u otros entornos inflamables se
pueden utilizar equipos de detección especiales. El instrumento sólo se confinará en un
lugar cerrado cuando se tenga la certeza de que es seguro hacerlo.
Método de los caudales diferenciales: ¿cuáles son las principales fuentes de
incertidumbre en este método?
Las fuentes potenciales de error pueden estar relacionadas con:
• Las incertidumbres en la anchura del canal, sus contornos y su profundidad.
• Las incertidumbres en la medición de la velocidad de flujo local.
• El número de puntos y de secciones utilizados en la medición.
• La deformación de los flejes o cables empleados para medir la amplitud del caudal, que
pueden arquearse debido a su peso, sobre todo en los grandes ríos, pero es necesario
que ello ocurra.
• Tiempo insuficiente para obtener los promedios.
• Las incertidumbres relacionadas con la ubicación de los sensores de ultrasonidos.
• Ruido que pueda afectar a los sensores de ultrasonidos.
Los contornos del canal determinan la relación entre la profundidad y la velocidad. Por
ello, es importante establecerlos con exactitud antes de cualquier medición. Téngase en
cuenta que los sedimentos cambian con frecuencia los contornos del lecho de los ríos,
especialmente en condiciones de fuertes lluvias o avenidas bruscas de agua.
Todos estos efectos combinados dan una incertidumbre total típica para este método del
3 al 5%. Es recomendable dejar las mediciones basadas en este principio en manos de
personas experimentadas o de técnicos especializados.
173

Trazadores: ¿Qué aspectos son importantes en relación con el tiempo y el lugar de

inyección de la sustancia trazadora?
La incertidumbre fundamental de este método depende, para empezar, de que se
disponga de trazadores de concentración precisa. En este sentido, es mejor aplicar
soluciones estándar ya probadas que inventar soluciones nuevas cada vez.
El otro requisito fundamental es la turbulencia, porque el trazador ha de estar
adecuadamente mezclado en el caudal antes del muestreo final. En aplicaciones
industriales, los mejores resultados se obtenían inyectando los indicadores corriente arriba
de bombas, codos u otros elementos generadores de turbulencia.
El muestreo debe tomarse a una distancia adecuada corriente abajo del punto de inyección
para asegurar que la concentración final es correcta. La práctica demuestra que es mejor
inyectar lentamente y por más tiempo y tomar la muestra más tarde de lo que se hacía
habitualmente. En ríos deberían dejarse por lo menos 300 metros entre el lugar de
inyección y el punto de toma de la muestra. En ríos de poco caudal en verano, la distancia
debería ser incluso mayor.
Indicadores de traza: ¿Presentan restricciones de aplicación?
Este método no presenta grandes limitaciones. Puede utilizarse en arroyos de montaña,
en ríos en condiciones de avenida o de bajo caudal, en corrientes cubiertas de hielo o con
arrastre de sedimentos arenosos y en colectores de alcantarilla, canales o interceptores.
Por las características de este método, es recomendable que el análisis de las muestras en
cualquier tipo de aplicación se lleve a cabo por técnicos especializados.
174

E+H Medición de caudal Otros principios de medición
Otros principios de medición

Algunos principios de medición y tipos de caudalímetros son de difícil clasificación. Por
simplicidad, estos caudalímetros se incluyen en las categorías 10 y 11 de la tabla resumen
de la Página 52:
• Grupo 10 – Otros tipos
• Grupo 11 – caudalímetros de flujos sólidos (no reflejados en la norma BS EN 7405)
Algunos de los métodos y dispositivos de medición que se describen a continuación son

más aptos para propósitos científicos que para aplicaciones industriales.
Métodos de pesado
Los métodos de pesado se utilizan en particular en procesos de procesamiento por lotes y,
por supuesto, como el principal método de calibración de caudalímetros. En muchas
plantas industriales, las células de carga pueden sustituir a los caudalímetros. Las células
de carga proporcionan una alternativa económicamente viable para reducir la mayoría de
efectos de instalación y de dinámica de fluidos descritos en el capítulo 5. Para mediciones
puntuales de mezclas de fluidos, flujos de partículas sólidas y otros fluidos problemáticos,
pueden considerarse seriamente los sistemas de célula de carga, de balanza romana o
giroscópicos disponibles comercialmente.
Los tipos más comunes son los sensores de electroelongámetro, que convierten cambios
de carga o de fuerza en tensiones eléctricas. Se suelen utilizar junto con un dispositivo de
puente de Wheatstone y uno de compensación de temperatura para un amplio campo de
valores de trabajo. Las características de estos dispositivos son:
• Excelente ejecución: 0,02 a 0,2% v.f.e.
• Sin partes móviles y diseño robusto
• Alta capacidad de protección y sobrecarga
• De fácil instalación
• Alta estabilidad, sin apenas efectos de influencia externos
Algunos diseños especiales se han desarrollado en forma de plataformas, haces y células

de tensión o de compresión y también se dispone de diseños especiales para zonas de
riesgo. El hecho de que la masa sea independiente de la temperatura y la presión significa
que el usuario no ha de preocuparse por las propiedades del fluido al medir una cantidad
de masa concreta en un tiempo determinado. Estos métodos hallan un buen uso en
aplicaciones de producción por lotes.
Determinación de perfiles de velocidad con ADCP

Para llevar a cabo el método de los caudales diferenciales descrito en la Página 165 se han
empleado tradicionalmente caudalímetros corrientes. Una adaptación reciente de este
principio de medición se basa en la determinación del perfil de corriente por efecto
Doppler acústico (ADCP, es decir: Acoustic Doppler Current Profiler) con ultrasonidos.
175

Otros principios de medición E+H Medición de caudal
La Figura 102 muestra una aplicación posible en grandes tuberías o en alcantarillas

abiertas. El Caudalímetro (a) dispone de pequeños sensores piezoeléctricos dispuestos en
haces próximos que emiten breves impulsos en diferentes direcciones. Estos impulsos se
dispersan con el material en suspensión y el eco que retrocede permite conocer las
velocidades locales en todo momento (véase el efecto Doppler → Página 127). Midiendo
el desplazamiento de frecuencia de cada una de estas señales dispersadas, obtenemos las
velocidades relativas a la posición de los caudalímetros ADCP en cada “nivel de
profundidad”. Un quinto sensor montado en el centro del dispositivo de sensores y en
dirección vertical, mide la profundidad del caudal (h). El caudal total se calcula entonces
a partir del perfil de velocidades tridimensional y de la geometría de la tubería.
0.8
0.9
1.0
h
Fig. 102: Medición ADCP para la determinación del caudal en tuberías parcialmente llenas. Esta
configuración se emplea en muchos sistemas de aguas sin tratar por todo el mundo. a = Sensor, h =
Medición del nivel.
Resonancia magnética nuclear

Hay otros métodos de rastrear el fluido para determinar su velocidad o ritmo de
circulación. Un método sofisticado se basa en el fenómeno de la resonancia magnética
nuclear. Las sustancias ideales para este tipo de medición son los compuestos de
hidrógeno o de flúor.
El fluido entra en el Caudalímetro y pasa por el seno de un campo magnético intenso que
orienta los átomos en una misma dirección. Un emisor de ondas de radiofrecuencia en el
seno de un segundo campo magnético lleva a los átomos a la resonancia. Inmediatamente
corriente abajo, un campo magnético modulado pulsante a intervalos regulares
desmagnetiza algunos “paquetes” de fluido. Esta compleja secuencia genera unas “franjas
de fluido” alternativamente magnetizadas y desmagnetizadas. A partir de la frecuencia del
campo magnético y del ritmo de detección de fluido desmagnetizado es posible hallar la
velocidad.
176

Medición con trazadores

Las técnicas con trazadores se emplean ampliamente tanto en sistemas de tuberías
cerradas como en canales abiertos. Hay dos tipos básicos:
• Métodos de tiempo de tránsito
• Métodos por disolución (cambios en la concentración):
– a partir de una única inyección brusca del trazador (método integral)
– con una inyección constante de trazador
El principio consiste en añadir un trazador (también conocido como “marcador”) en un

punto conocido del sistema de tuberías o del curso de agua y detectar su presencia en un
segundo punto corriente abajo. Los métodos de traza se emplean con éxito cuando no se
conoce con exactitud la sección transversal del caudal y/o en lugares con caudales muy
turbulentos.
Métodos de tiempo de tránsito

El método consiste en añadir un trazador o marcador en un punto conocido del sistema
de tuberías y detectar su presencia en un segundo punto corriente abajo. La velocidad de
desplazamiento del volumen de fluido “marcado” es una medida directa de la velocidad
media de la corriente.
Este método se puede aplicar a cualquier tipo de corriente fluida. Los trazadores para
caudales acuosos incluyen soluciones salinas, tintes y sustancias radiactivas. Los
trazadores radioactivos son los más comunes para aplicaciones de gas. También es
habitual marcar un fluido multifásico con dos trazadores diferentes (uno para la fase gas y
uno para la fase líquida) para poder medir la velocidad relativa de las dos fases.
Una versión más sofisticada del método del tiempo de tránsito consiste en inyectar el
trazador a una gran distancia de las estaciones de trabajo y observar la traza en dos puntos
corriente abajo separados por una distancia conocida. Con este método, el trazador se
mezcla bien con el fluido antes de alcanzar el primer punto de toma de la muestra. De
este modo, se eliminan las influencias debidas a una mala mezcla.
El segundo método de medición con trazadores, descrito a continuación, consiste en
medir la concentración de trazador, en lugar de distancias y tiempos. Este método
requiere tomar muestras de fluido en un punto y analizarlas en un laboratorio.
Método de disolución con inyección brusca (método integral):

En este método – denominado método integral – un volumen conocido de trazador (V),
de concentración C1, se inyecta en el fluido durante un intervalo de tiempo determinado.
A una cierta distancia, tomaremos una muestra del fluido y hallaremos el cociente entre
la concentración de trazador y el tiempo transcurrido (Fig. 103). El valor medio (C2) del
cambio en la concentración (Cx(t)) se calcula a partir del perfil de velocidades ensayado y
se compara con la concentración de trazador en el punto de inyección. El caudal se calcula
a partir de la expresión siguiente:
177

t2
V ⋅ C1
Q = -------------- ;
T ⋅ C2
T ⋅ C2 = CF =
∫ ( Cx(t) ⋅ dt )
t1
Q Caudal de descarga
V Volumen de trazador inyectado
C1 Concentración de trazador sin disolver en el punto de inyección
C2 Concentración media de trazador en el punto de toma de la muestra sobre el intervalo
de tiempo (T)
Cx(t) Concentración de trazador disuelto en el punto de toma de la muestra dependiente del
tiempo (t1 ... t2)
CF Perfil de concentraciones ensayado (integrado) sobre un intervalo de tiempo (T)
T Tiempo de muestreo (t2 – t1)
CF
C2
Cx(t)
t
t1 T t2
C1 / V
Cx(t)
Fig. 103: Método de disolución con inyección brusca (método integral):
178

Método de disolución con inyección constante:

Este método de disolución (Fig. 104) consiste en inyectar trazador a un ritmo (q)
constante y a concentración C1 constante corriente arriba durante un intervalo de tiempo
mucho más largo. El trazador se mezcla con el fluido y la concentración de trazador en el
caudal aumenta hasta que la disolución se satura y alcanza un nivel constante (C2).
Cuando la concentración alcanza este valor de “estabilización”, se pueden retirar las
muestras y el caudal (Q) se calcula a partir del cociente de concentraciones antes y
después de la mezcla a partir de la expresión siguiente:
C1 ⋅ q = C2 ⋅ ( Q + q )
Puesto que la cantidad inyectada de volumen de trazador (q) suele ser despreciable, el
caudal o volumen de descarga queda como:
C1
Q = q ⋅ ⎛⎝ ------ ⎞⎠
C 2
Q Caudal de descarga
q Volumen de trazador inyectado
C1 Concentración de trazador sin disolver en el punto de inyección
C2 Concentración constante de trazador en el punto de toma de la muestra
C
C1
∆C
C2
t
q, C1
C2
Fig. 104: Método de disolución con inyección de trazador constante:
179

Las propiedades del trazador han de ser perfectamente distinguibles de las del fluido
circulante. Las características más importantes son:
• Ha de ser fácil de mezclar con la corriente (buena solubilidad)
• Tiene que ser químicamente inerte respecto al fluido
• Ha de presentar buena estabilidad química en agua contaminada
• Tiene que ser fácil de detectar incluso en bajas concentraciones
• En ríos y otras corrientes naturales: debe ser seguro para la fauna y las personas en los
niveles de concentración utilizados
• La muestra ha de ser sencilla de analizar
Algunos trazadores típicos incluyen:

• Cloruro sódico (detección con sondas de conductividad)
• Ioduro potásico (por métodos espectrofotométricos)
• Rodaminas WT y B (con detectores de fluorescencia)
• Piranina (con detectores de fluorescencia)
• Tritio, en forma de agua marcada con este isótopo (trazador radiactivo)
• Na24, en forma de carbonato sódico (trazador radiactivo)
• Br82, en forma de bromuro potásico (trazador radiactivo)
• Kr85, Ar41 o Xe144 (trazadores radioactivos gaseosos)
Fig. 105: Aparato inyector de trazador (botella Boyle-Mariotte con manguito). Método de disolución con
inyección constante: Foto: Oficina Federal Suiza para el Medio Ambiente FOEN, Berna (CH).
Debido a la amplia difusión de los métodos de traza, sus puntos fuertes y sus flaquezas son
bien conocidos.
180

Ventajas:
• Son métodos virtualmente no invasivos (el punto de inyección ha de quedar al alcance).
• No requieren una interrupción de la circulación del fluido (se pueden emplear en
cualquier momento sin afectar a la línea).
• El equipo es robusto y está bien probado (Fig. 105).
• Pueden servir en cualquier momento de método de verificación de otros caudalímetros
ya instalados.
• Hay trazadores para prácticamente cualquier tipo de caudal.
Inconvenientes:
• El método no es apropiado para una determinación continua de caudal.
• Para obtener un menor grado de incertidumbre, a menudo es necesaria la presencia de
personal o métodos de análisis especializados.
• No suele ser un buen método de detección “sobre el terreno”, porque requiere un
análisis de concentración de trazador en instalaciones adecuadas, a menudo lejos de la
aplicación.
• El método requiere tener algún criterio de mezclado perfecto.
• Esta técnica no puede aplicarse a flujos laminares a menos que los puntos de recogida
de muestras se hallen muy alejados del punto de inyección del trazador.
Velocímetro (anemómetro) láser de efecto Doppler

De modo parecido a los caudalímetros de caudal por ultrasonidos, los velocímetros láser
de efecto Doppler se sirven del efecto Doppler, ya descrito en la Página 127, para
determinar velocidades, pero emplean luz en lugar de ultrasonidos. Como fuente de luz
se emplea un láser, que produce un haz coherente de luz monocromática (Fig. 106).
b b c b d
a
Fig. 106: Principio de medición de un velocímetro láser de efecto Doppler.

a = Láser, b = Sistema óptico de lentes, c = Espejo de focalización, d = Fotodetector
Una serie de espejos y lentes divide el rayo de luz en dos haces que luego focaliza de nuevo
sobre un punto del interior de la corriente. En el punto en donde se vuelven a encontrar,
los haces interfieren y generan un patrón de franjas de luz y oscuridad alternadas a
181

intervalos regulares. Cuando pequeñas partículas sólidas pasan por el diminuto volumen
delimitado por la interferencia de los dos haces, se produce una dispersión de luz en las
franjas brillantes. La frecuencia asociada a esa dispersión se corresponde con la frecuencia
de entrada y salida de partículas en dicho volumen de control. Esa frecuencia de
dispersión es una medida directa de la velocidad local.
La técnica tiene una capacidad de aplicación a campos de valores del caudal
impresionante. En aplicaciones de investigación, se han registrado mediciones de
velocidades ¡desde los 10–5 hasta los 800 m/s! Ninguna otra técnica presenta esta
capacidad.
Análisis de correlación cruzada

El análisis de correlación cruzada es una técnica que se ha aplicado a la medición
industrial de caudales recientemente. Este método es no invasivo y adecuado para la
medición de fluidos especialmente problemáticos como, por ejemplo, los fluidos multifase.
Las propiedades físicas de un fluido no siempre son constantes, sino que suelen
experimentar fluctuaciones aleatorias en el tiempo y en el espacio. Podemos mencionar
como ejemplos de propiedades sujetas a fluctuaciones el tamaño de las partículas en
suspensión o de las burbujas de gas, la densidad, la turbulencia, los coeficientes de
reflexión superficial, permeabilidad o absorción lumínica, cambios electrostáticos, señales
acústicas, etc.
Algunos de estos “patrones de fluctuaciones” o inhomogeneidades viajan con el fluido
arrastrados por la corriente y su variación puede evaluarse a partir de una medición en dos
puntos distintos (Fig. 107). Este es el principio de los caudalímetros de análisis de
correlación cruzada. Es una técnica comparable a la medición con trazadores en cuanto
que reconocen patrones de correlación en dos puntos del fluido y en instantes de tiempo
diferentes. Los caudalímetros de análisis de correlación cruzada miden el parámetro
deseado en el sentido de circulación del fluido con dos sensores ubicados a una distancia
determinada el uno del otro. Después, un analizador de señal procesa la diferencia (ruido)
entre ambas señales estáticas.
La amplitud absoluta de estas señales es irrelevante, pues es aleatoria y a menudo exhibe
una relación señal-ruido más bien pobre. El analizador retarda la señal del sensor ubicado
corriente arriba y la compara con la señal de ruido del sensor situado corriente abajo. Este
proceso continúa hasta que el análisis de correlaciones muestra un pico, es decir, hasta
que se alcanza un nivel de máxima similitud con la señal del sensor ubicado corriente
arriba (Fig. 107, segunda y tercera curvas de señal superiores). El circuito analizador de
señal está constantemente “a la búsqueda de un pico” y presenta esta señal de salida como
caudal promedio. El analizador calcula la velocidad media (v) a partir del tiempo de
retardo (τ) y de la distancia (d) entre los dos sensores. Simplemente:
d
v = ---
τ
182

d
1 2
v
x (t)
y (t)
S S β=τ
x (t) y (t)
x (t-β)
τ β<τ
x (t+τ) x (t-β)
Correlator øv β>τ
τ x (t-β)
1
τ x(t+τ) ⋅ y(t) ⋅ dt
0
Fig. 107: Determinación de la velocidad de caudal con un analizador de correlación cruzada.
Para este método de medición se suelen emplear comúnmente caudalímetros por

ultrasonidos por su robustez y porque son de sujeción externa. En este caso, la señal es
representativa de presencia de pequeños vórtices en la corriente.
Por otra parte, algunas versiones modernas emplean anillos de detección de carga para
detectar las pequeñas cargas electrostáticas presentes en las partículas sólidas que arrastra
el fluido. La presencia de estas cargas es habitual en carbón pulverizado, menas mineras
o comprimidos de partículas metálicas cristalinas
Ventajas del análisis de correlación cruzada:
• Es un método de medición no invasivo, no hay contacto físico.
• No tiene partes móviles.
• No le afectan los cambios en las propiedades del fluido.
• Apto para un amplio campo de aplicación en fluidos, tanto líquidos como gases.
• La unidad se vende ya calibrada.
Inconvenientes del análisis de correlación cruzada:

• Aún en periodo de pruebas en las aplicaciones más complejas.
• Algunos modelos son sensibles a la influencia de las deposiciones de sedimentos.
• Son de coste elevado y relativamente complejos.
• En caso de problemas, lo mejor es dejarlo en manos de expertos.
183

[kg/m]
v [m/s]
m [kg/s]
Fig. 108: Principios de medición de una báscula para cinta transportadora (arriba) y de un Caudalímetro
de impulso lineal para sólidos (abajo) para la determinación de volúmenes de masa de flujos sólidos.
184

Medición de caudales en flujos sólidos

Los materiales sólidos pueden presentarse en una gran variedad de formas: copos, polvos,
gránulos o grumos. Se han hecho algunas adaptaciones especiales de las técnicas de
medición de caudales ya comentadas, pero en general se han desarrollado formas de
trabajar mejores más especializadas. Los materiales granulares se pueden medir en
términos de masa; la mayoría se basan en sistemas de alimentación. A continuación se
describen dos de estos métodos.
Básculas para cinta transportadora:
Las básculas para cinta transportadora consisten en una balanza y una velocidad de
medición. La Figura 108 ilustra este principio de medición. El sensor de carga detecta la
carga en la cinta, y unos transductores en los ejes de transmisión la velocidad de la cinta.
Estas dos señales se multiplican una con otra y dan la velocidad de circulación del flujo de
masa (kg/s) de la corriente de partículas sólidas.
Caudalímetro de impulso lineal para la medición de flujos sólidos:
La segunda técnica más habitual para la medición de flujos de partículas sólidas consiste
en los denominados caudalímetros de impulso lineal. Estos aparatos son especialmente
adecuados para materiales con formas muy irregulares, como carbón o menas minerales.
Al caer las partículas sólidas desde una altura determinada hacia una placa sensora
dispuesta en ángulo, ejercen una fuerza que depende de su masa (Fig. 108). Con el
impacto, la placa sensora se inclina en sentido horizontal. Esta inclinación medida con un
transductor diferencial lineal es una medida del volumen de masa.
Para obtener resultados con un grado de exactitud aceptable, el material ha de golpear la
placa con velocidad constante y con un mismo ángulo de incidencia. Este efecto no es fácil
de conseguir en la práctica, pues las partículas grandes y las pequeñas tienden a moverse
de manera diferente.
También hay situaciones en que se requiere medir los sólidos, por ejemplo en forma de
copos o polvos, que transporta una corriente de gas. Este tipo de mediciones se han
efectuado con caudalímetros de tipo “efecto ruido”. El método consiste en medir la
constante dieléctrica del flujo con un sensor de conductividad aislado o una serie de
sensores instalados en la pared de la tubería. Se ha hallado una correlación directa entre
el ruido que se detecta en el sensor y la velocidad de circulación de las partículas sólidas
que arrastra la corriente por la tubería. La presencia de más partículas incrementa el
“ruido en el flujo”.
Aplicaciones
Métodos de pesado:
Los métodos de pesado son alternativas a los caudalímetros e ideales para la producción
por lotes de materiales difíciles. Las aplicaciones típicas incluyen producción con grano y
185

cereales, llenado de barriles, pesado de plantas, producción con materiales sólidos o

incineración, etc.
Sistemas de medición ADCP:
Los caudalímetros de ADCP son especialmente adecuados para el registro de perfiles de
velocidades o la medición de caudales en tuberías grandes (DN > 250/10"). Pero también
resultan aptos para sistemas de alcantarillado y de colección de aguas sin tratar, para
grandes sistemas de suministro de agua y, por último, para estudios hidrológicos en ríos o
en el registro de corrientes oceánicas. Cada aplicación concreta determinará el tipo de
sonda más adecuada para cada caso, aunque los sistemas de ultrasonidos son los que
presentan mejores resultados con aplicaciones acuosas. El coste inicial de un juego de
sondas puede ser alto, pero una vez instaladas, los costes de mantenimiento son bajos y
las pérdidas son casi nulas. Pueden ser instaladas y retiradas sin interrumpir el proceso y
por el momento son una buena opción para situaciones temporales de medición o para
efectuar pruebas de campo de verificación. El método ADCP puede servir, en fin, como
método de medición de caudales estándar para muchas aplicaciones de medición de
caudales mayores.
Medición con trazadores:
Los estándares de medición con trazadores están bien desarrollados, y las directrices de
dichas aplicaciones bien entendidas (ISO 9555). Los métodos de medición con trazadores
pueden aplicarse a un amplio abanico de aplicaciones de medición, tanto en los ámbitos
industrial y medioambiental como en estudios hidrológicos. A menudo se emplean para
proporcionar “mediciones puntuales” de caudal a intervalos periódicos. Los trazadores se
han utilizado en plantas químicas, cursos de agua (corrientes, ríos), canales, y en sistemas
de calefacción y ventilación.
Las aplicaciones típicas son:
• Verificación in situ de caudalímetros de cualquier tipo ya instalados y en tuberías de
todos los tamaño.
• Medición de caudales en canales abiertos de cualquier tamaño, incluida la extracción
de agua, caudales de alcantarillado y distribución de aguas de regadío.
• Estudios en sistemas y plantas no provistos de caudalímetros, como por ejemplo en
estaciones de bombeo.
• Medición del caudal de vapor en situaciones en que el coeficiente de sequedad es bajo
(fases líquida y gas marcadas por separado).
• Determinación de funcionamiento incorrecto en plantas de proceso. Normalmente, el
sistema de circulación de materiales por una planta de proceso es bastante complejo;
los métodos de traza han permitido identificar y eliminar problemas como escapes en
tuberías o contaminaciones cruzadas no deseadas.
Caudalímetros de resonancia magnética nuclear:

Los caudalímetros de resonancia magnética nuclear se han aplicado con hidrocarburos,
lodos, fluidos no newtonianos y emulsiones complejas, situaciones en que las propiedades
186

problemáticas de estos fluidos presentan dificultades para la utilización de caudalímetros

convencionales. Esta es la ventaja principal de este método. Los inconvenientes son su
sofisticación y su coste, y que la técnica no ha alcanzado las expectativas que se esperaban
de la misma.
Velocímetro (anemómetro) láser de efecto Doppler:
Los velocímetros láser de efecto Doppler se han empleado ampliamente en aplicaciones
de investigación. Son más aptos para estos usos, puesto que por el momento no hay
modelos suficientemente robustos ni preparados para zonas de riesgo. Requieren una
superficie transparente en la tubería para permitir el paso de la luz láser.
Las aplicaciones adecuadas para estos caudalímetros incluyen túneles de viento, tuberías
de cristal en plantas piloto y en experimentos de investigación en mecánica de fluidos en
que se requiere información básica sobre el fluido. La mayoría de los dispositivos de
calibración más grandes del mundo han utilizado láseres en algún momento para
identificar y eliminar perfiles de velocidades anormales u otras inestabilidades dinámicas.
Análisis de correlación cruzada:
Los caudalímetros de análisis de correlación cruzada han resultado ser una buena
herramienta en aplicaciones con fluidos bifásicos. Se han aplicado con éxito modelos que
detectan partículas cargadas en las difíciles aplicaciones de medición de combustibles
pulverizados en estaciones de servicio, y se han empleado otras variantes en chimeneas
de alivio para combustión de mezclas de gases de antorcha. Si las diversas fases están
marcadas con trazadores adecuados, los caudalímetros de análisis de correlación cruzada
han sido capaces de detectar las velocidades de cada fase, los coeficientes de deslizamiento
y la velocidad media del flujo en pruebas de verificación controladas. También se han
registrado pruebas satisfactorias en pozos de petróleo (en que a veces se hallan presentes
a la vez óleo, agua, arena y gas) y en aplicaciones mineras de transporte hidráulico de
mezclas.
Caudalímetros de medición de flujos de sólidos:
Los caudalímetros de medición de flujos de sólidos se emplean en una gran variedad de
industrias, en particular en situaciones en que el tratamiento de aditivos sólidos y
materiales áridos es crucial para el proceso. Las aplicaciones típicas incluyen producción
de carbón, roca y grava, plantas de producción de mineral, silos de almacenamiento de
grano y plantas de tratamiento de materiales sólidos de deshecho. La naturaleza del tipo
de material sólido y su modo de fluir determinan el tipo de Caudalímetro más adecuado.
El diseño y la instalación de estos sistemas suelen llevarlo a cabo especialistas, que ofrecen
la instalación del equipo y también servicios de puesta en marcha.
187

188
Flow-es-Specials.fm Page 189 Wednesday, January 19, 2011 10:49 AM
4
Aplicaciones especiales
4. Aplicaciones especiales
Transmisores E+H Medición de caudal
Transmisores
Los transmisores son dispositivos electrónicos que procesan la señal que representa la
variable física medida por el sensor y la convierten en una señal de salida estandarizada
para su registro, control o manipulación por el sistema. También disponen de un indicador
local que muestra las lecturas de los valores medidos.
Además, están equipados con funciones de software que permiten adaptar el contador a
las condiciones de trabajo y al proceso en general. El empleo de transmisores presenta las
ventajas siguientes:
• Ofrecen señales estandarizadas, lo cual permite transmitir sin dificultad los valores
medidos.
• Presentan un diseño unificado de recepción de los dispositivos de control y medición.
• Los transmisores modulares son como los ladrillos que permiten al usuario adaptar su
equipo a todo tipo de tareas de control de procesos altamente complejas.
Los diagramas de flujo relativos a sistemas de tuberías e instrumentación (diagramas de
flujo P&I, DIN 19227) describen el equipamiento que requiere cada tipo de planta de
procesamiento. Con el fin de presentar de forma simplificada la distribución y las
funciones de un sistema de ingeniería de procesos se emplean iconos y símbolos. En
especial, la asignación de tareas y el método de trabajo de los dispositivos utilizados para
la medición, la instrumentación y el control, o lo que en general conocemos simplemente
por contador.
a -
Esc
+ E
+
FIRA
241.03
Fig. 109: Un punto de toma de medidas (que involucra una medición, una instrumentación y un circuito
de control) casi siempre consta de dos componentes – el transmisor (a) y el sensor (b).
Los transmisores y los sensores empleados en la medición de variables “no eléctricas”

suelen tener niveles de salida de señal bajos que es necesario amplificar. Por otra parte, es
conveniente amplificar la señal lo más cerca posible del sensor para evitar interferencias
con otras señales de origen eléctrico.
190
E+H Medición de caudal Transmisores
Además, cada sensor activo necesita su propia fuente de alimentación. Por lo tanto, es
razonable combinar los componentes electrónicos de la fuente de alimentación y del
amplificador en un único cabezal.
Cuando se miden variables “no eléctricas”, el sensor y el transmisor suelen formar una
única unidad mecánica (versión compacta).
Por otra parte está la “versión remota”, que consiste en un sensor y un transmisor remoto,
que se utiliza, por ejemplo, en situaciones en que todos los controles de una planta están
combinados en un control central y una sala de control. Actualmente, el tipo más común
de transmisores de versión remota son los modelos diseñados para ser montados sobre
perfiles DIN.
Variable de medición
La generación de la variable de medición en el transmisor es un proceso de tres etapas. El
sensor envía su señal al transmisor, que la procesa y la convierte en una señal de salida
estandarizada que ya puede ser utilizada con cualquier propósito.
Al diseñar una planta de procesamiento, la exactitud del contador representa un aspecto
de relevancia económica. Es preciso consensuar la exactitud que se pretende alcanzar con
los costes económicos que implica.
Medición de las variables de proceso:
Hay transmisores para la medición de variables eléctricas (incluido tensiones,
intensidades, potencias, resistencias) y de variables no eléctricas (propiedades mecánicas,
neumáticas, térmicas, ópticas o químicas). El sensor genera una señal primaria, que más
tarde se procesará.
Procesamiento de la señal (procesamiento inicial / conversión):
La señal sin tratar registrada por el sensor a partir del principio de medición es lo que hasta
cierto punto determina la dificultad de procesamiento de la variable (física) en el
transmisor. El transmisor amplifica la señal y, en general, la convierte de analógica a
digital. Los transmisores modernos suelen incorporar microprocesadores que ofrecen toda
una variedad de funciones configurables muy útiles:
• Verificación y ajuste del punto de cero
• Verificación y ajuste del nivel de amplificación de la señal de medición
• Corrección de desviaciones de producción (por ejemplo, el factor de calibración)
• Linealización de la función característica del valor de medición
• Corrección de interferencias durante la medición
• Corrección del error sistemático del equipo
• Selección por frecuencia de la señal de medición mediante filtros
• Cálculo de variables de medición indirecta (por ejemplo, la viscosidad)
• Autocontrol y verificación de plausibilidad
• Generación de valores límite y umbrales de alarma
• Cálculos matemáticos complejos (por ejemplo, de funciones de densidad, véase la
Página 244)
191
Tras ser procesada en el transmisor, la señal se convierte en una señal eléctrica

estandarizada.
Modo de la señal Descripción
Tipo de señal
Intensidad – Campo de valores: 0/4–20 [mA]

(salida de señal) – Función: la intensidad de corriente es proporcional a la variable
medida
– Uso / aplicación: salida de señal preferida en todo el mundo
para la variable medida sobre un campo de valores definido
Frecuencia – Campo de valores: 0 a 10 [kHz]

(salida de señal) – Función: la frecuencia es proporcional a la variable medida
– Uso / aplicación: el mismo que la señal de intensidad, salida de
señal para la variable medida sobre un campo de valores
definido
Impulso – Campo de valores: 0 a 10.000 [p/s]

(salida de señal) – Función: un impulso de valor definido
– Uso / aplicación: como función de totalización en varias
industrias
Relé – Campo de valores de tensión: típicamente 24/230 [V].

(salida de conmutación) – Valor de conmutación: típicamente hasta 1 [A]
– Función: un contacto de conmutación determinado
– Uso / aplicación: por ejemplo, función de valor límite
(respuesta desfasada)
Optoacoplador – Campo de valores de tensión: típicamente 24 [V].

(salida de conmutación) – Valor de conmutación: típicamente hasta 500 [mA]
– Función: un contacto de conmutación determinado
– Uso / aplicación: por ejemplo, función de alarma de baja
potencia
Intensidad – Campo de valores: 4–20 [mA]

(entrada de señal) – Función: La intensidad de corriente es proporcional a la variable
medida (por ejemplo, una señal procedente de un transductor
de temperatura)
– Uso / aplicación: señal para cálculos de orden superior, por
ejemplo, cantidad de calor
Optoacoplador – Campo de valores de tensión: típicamente 24 [V].

(entrada de conmutación) – Función: una función de contacto determinado
– Uso / aplicación: por ejemplo, reiniciar un totalizador o
disparar procesos de procesamiento por lotes (batching)
192
E+H Medición de caudal Transmisores
Salida de señal (señal estandarizada):

El valor de la variable medida se puede leer directamente en el indicador del contador
(indicación) y/o se puede obtener como una salida de señal estandarizada. La
disponibilidad de señales estandarizadas en campo contribuye significativamente a la
enorme versatilidad de transmisión de los valores medidos a todo el mundo. La
estandarización de las interfaces de transmisión permite conectar a los transmisores
dispositivos de indicación, registro y control y controladores de orden superior de cualquier
tipo y de todas partes del mundo.
Señales analógicas estándar:
Cada vez es más común que los transmisores vayan provistos de un conversor de señales
analógico/digital como una función integrada, de modo que, a parte de (o incluso, en
lugar de) la señal analógica convencional, también disponen de una salida de señal digital.
La tabla de la Página 192 presenta un resumen de las señales analógicas estándares más
importantes y habituales.
Señales digitales estándar:
Las señales digitales estandarizadas (HART, PROFIBUS DP/PA, FOUNDATION Fieldbus,
Modbus RS 485, CAN-Bus) se tratan con detalle en el Capítulo 9.
Características dinámicas (respuesta de señal)

La respuesta de señal es el tiempo de transmisión (o retardo), es decir, el tiempo que
transcurre entre que se registra una variable de proceso (o su cambio) hasta que el valor
medido se actualiza. La respuesta de señal es una medida de la ejecución dinámica de un
caudalímetro. Los transmisores empleados para control de realimentación, por ejemplo,
suelen funcionar sólo en una parte del campo de valores de medición máximo posible. En
la práctica, sólo es significativa su respuesta en este campo de valores parcial. Por ello, un
dispositivo que ofrezca una buena repetibilidad y un error de histéresis bajo, puede ser
preferible a un contador caracterizado por una linealidad excelente.
Fuente de alimentación
La mayoría de transmisores necesitan una fuente de alimentación externa (véase la página
276). En una configuración a cuatro hilos, dos de los cables son para la alimentación,
mientras que los otros dos son para la transmisión de la señal de salida. Un sistema a dos
hilos carece de fuente de alimentación (es alimentado por el propio circuito de la señal).
Los mismos cables pueden servir para la alimentación y la transmisión de la señal. Pero
ello requiere trabajar con un “punto cero activo”, por ejemplo, con una corriente de salida
entre el campo de valores 4–20 mA. Las electrónicas del transmisor se alimentan con una
tensión derivada de la corriente de línea básica de 4 mA. Las ventajas de las
configuraciones de circuito alimentado son:
• No se requieren cables de alimentación para el transmisor.
• Son fáciles y baratos de instalar y mantener.
• El transmisor es intrínsecamente seguro (para uso en zonas de riesgo).
193
• Los circuitos abiertos interrumpen la alimentación, por lo que se detectan

inmediatamente.
Funcionalidades del transmisor

Los transmisores modernos han de cumplir las normativas y estándares industriales y
legales en curso. Ello ha propiciado un cambio y una ampliación constantes en los modos
de indicación y funcionamiento, sobre todo en el ámbito de las funcionalidades. Antes, los
instrumentos mecánicos representaban la norma, pero hoy en día la mayoría de
caudalímetros disponen de indicadores digitales, multi-línea o incluso con pantalla gráfica.
Los potenciómetros han simplemente desaparecido, así como los puentes; los transmisores
modernos van provistos de paneles de control y teclas de control de interfaz amigable.
Lo mismo podemos decir de la parametrización remota, por ejemplo con comunicación
asistida por ordenador. Algunos transmisores de nueva generación disponen de funciones
de alarma con herramientas de apoyo como correo electrónico o mensajes de texto que
permiten mandar valores a bases de datos remotas.
Los requisitos de seguridad pueden ser a menudo extremadamente estrictos, de modo que
los transmisores digitales disponen de protección por contraseña para impedir accesos no
autorizados a las funciones parametrizadas.
194
E+H Medición de caudal Caudalímetros de inserción
Caudalímetros de inserción
Consideraciones generales sobre dinámica de fluidos

La gran mayoría de contadores para medición de caudal de fluidos son dispositivos
integrados en una cadena de producción que detectan los caudales volumétricos o
másicos totales que circulan por ellos. Una alternativa de bajo coste (aunque de menor
exactitud) a estos dispositivos es la que se conoce como muestreo o medición de inserción.
En este método, el caudal volumétrico total se calcula o infiere a partir de una o varias
mediciones locales. Estas velocidades locales se miden con una sonda adecuada inserta en
la tubería (de ahí el nombre de caudalímetros de inserción). Algunas de estas sondas son
adaptaciones de los modelos para cadenas de proceso descritos en el Capítulo 3, mientras
que otros se han diseñado específicamente para la determinación de velocidades locales
(Fig. 110).
Fig. 110: Medición de caudal por métodos electromagnéticos con el caudalímetro de inserción
“Magphant” de E+H.
Todos los principios de física y dinámica de fluidos descritos en el Capítulo 2 son válidos
también para los contadores de inserción, pero su instalación y sus aplicaciones pueden
ser diferentes en algunos casos. A menudo se emplean cuando no es posible interrumpir
un proceso para taladrar los agujeros necesarios para instalar un contador de paso total o
en líneas de diámetros muy grandes en que no se disponga de una solución de medición
más económica. Los contadores de inserción de punto múltiple también pueden presentar
variaciones en las velocidades locales, lo cual es indicativo de un diseño de línea
defectuoso o de anomalías en el proceso. A veces, basta con cambiar una cabeza sensora
para poder efectuar mediciones sobre un campo de valores de caudal más amplio. Sin
embargo, en general, los contadores de inserción se seleccionan por motivos económicos.
195
Caudalímetros de inserción E+H Medición de caudal
Como se ha visto en el Capítulo 2, la velocidad en la tubería varía en función del caudal

del fluido, y el caudal volumétrico (Q) puede calcularse a partir de la sección transversal
(A) y la velocidad promedio (v). Éste es el caudal de un fluido ideal. Un fluido real presenta
esfuerzos cortantes internos y efectos de rozamiento en las paredes de la tubería que
pueden hacer variar significativamente la velocidad real a través de la sección transversal
de la tubería, y cambia efectivamente en un mismo punto al incrementarse el ritmo de
circulación del fluido. Estos efectos se denominan “efectos del perfil de velocidades” y
tienen un impacto significativo en las mediciones de velocidades puntuales. Las
velocidades puntuales deberían ser totalmente representativas de la velocidad promedio
para poder utilizar cualquier señal procedente de la sonda para estimar la circulación de
fluido total en la tubería.
Los libros de texto de mecánica de fluidos proporcionan una relación entre la velocidad
en un punto cualquiera del fluido vy y la velocidad vo en el eje central de la tubería para
un flujo completamente estacionario. Esta relación es:
vy = vo (1 – y/R)1/n
vy Velocidad del fluido en un punto cualquiera

vo Velocidad del fluido en el centro de la tubería
R Radio de la tubería
n Coeficiente dependiente del número de Reynolds correspondiente al flujo
y Distancia entre el punto de medición y la pared de la tubería
Obsérvese que el valor del exponente de esta expresión disminuye al aumentar el número
de Reynolds, lo cual indica que la curva del perfil de velocidades se hace más plana para
valores altos de caudal. El coeficiente n se ha evaluado en función del número de Reynolds
(Re) de la tubería:
n = 3,299 + (0,326 ⋅ log Re)
n = 5,537 + (5,498 ⋅ 10–6) ⋅ (log Re)5
La primera expresión se aplica a números de Reynolds por debajo de 400.000 y la

segunda, a números de Reynolds por encima de este valor. Estas expresiones son
incómodas de trabajar y no demasiado prácticas y se han simplificado con la introducción
de un “coeficiente del perfil” (Fp). Este coeficiente se define simplemente como el cociente
entre la velocidad promedio y la velocidad puntual del fluido.
Ubicación de la sonda:
Otro aspecto que hay que considerar es en qué lugar exacto situar la sonda. Las dos
ubicaciones tradicionales en la medición con contadores de inserción son en el eje central
de la tubería o el punto en que la velocidad local se iguala con la velocidad media. Esta es
la “posición crítica” (yc). Claramente, la primera posición va a ser más dependiente del
número de Reynolds y la segunda, de la exactitud de la posición (pues estará situada en
196
un gradiente de velocidades más pronunciado). De nuevo, los libros de texto sobre

mecánica de fluidos permiten deducir una velocidad en el eje central de la tubería (vo) en
función de la velocidad media (vm):
Esta es una importante ecuación general para todo tipo de contadores de inserción que
indica la sensibilidad a los perfiles de velocidades. También muestra que la velocidad en
el centro de la tubería es una función compleja del número de Reynolds, pero los errores
de ubicación del contador no introducen grandes errores de medición, pues el perfil de
velocidades es prácticamente plano en flujo turbulento. Sin embargo, la velocidad en el
centro de la tubería no da una medida directa de la velocidad media para el cálculo del
caudal volumétrico total.
y/R
0.760
y
0.758
0.756 R
0 1.0 2.0
6
Re (×10 )
Fig. 111: Punto crítico (y/R) como función del número de Reynolds (Re).
La otra opción es hallar la posición crítica (yc); para ello, igualamos las dos expresiones
presentadas en esta sección (vy = vo), y despejamos yc:
yc Posición crítica
R Radio de la tubería
n Coeficiente dependiente del número de Reynolds correspondiente al flujo
197
La Figura 111 representa gráficamente la variación de la posición crítica con respecto al

número de Reynolds. En la gráfica se observa que la posición crítica cambia en
aproximadamente un 0,5% para una variación del número de Reynolds del sistema entre
100.000 y 2.000.000; pero habrá que ajustar la posición de la sonda para valores inferiores
al 0,5% para evitar que aparezcan errores. Para sistemas con números de Reynolds
mayores, es preferible colocar la sonda en la posición crítica (en torno a 0,75 x diámetro
nominal). Los resultados son más estables, pues se ejerce menos fuerza en la varilla de la
sonda.
Aún hay otra dificultad. La velocidad local se ve modificada por la presencia en el punto
del propio sensor, cuyo tamaño suele ser grande. La zona ocupada por el sensor reduce la
sección transversal total del fluido, lo cual eleva la velocidad local y perturba siempre la
medición de la velocidad local real. Esta perturbación respecto al estado real se denomina
“efecto de bloqueo” (Fb). En tuberías grandes (DN > 600/24"), este efecto es pequeño,
pero en tuberías pequeñas (p.ej. DN < 150/6") el efecto puede ser significativo.
El efecto de bloqueo depende tanto de la posición como del caudal del fluido; cuanto
mayor es la longitud de inserción, mayor es el efecto de bloqueo, mayor el caudal del
fluido, y mayor es la modificación del caudal alrededor de la varilla de la sonda. Por ello,
para un contador de inserción podemos escribir:
Q = A ⋅ Fp ⋅ Fb ⋅ vy
Q Ritmo de descarga
A Sección transversal de la tubería
Fb Coeficiente de efecto de bloqueo
Fp Coeficiente de efecto del perfil de velocidades
vy Velocidad del fluido en un punto cualquiera y
Los coeficientes de bloqueo y del perfil de velocidades dependen del diseño y del diámetro
de la sonda.
Evidentemente, cualquier sonda puede ser recalibrada para cualquier tamaño de tubería
y para cualquier posición de inserción. Y conviene hacerlo sobre todo en tamaños de línea
pequeños (DN < 250/10"), en que las variaciones de la velocidad local pueden ser
considerables. Aunque toda la discusión anterior se ha desarrollado para el caso de
tuberías de sección circular, los contadores de inserción también se pueden emplear en
conductos de sección cuadrada o rectangular (véanse ISO 3354 y 3966), en tuberías
parcialmente llenas, para determinar los patrones de flujo o en canales abiertos (ISO
3455). Hay muchos tipos de sonda, en general todos ellos provistos de un dispositivo de
inserción/retracción para permitir el posicionamiento de la sonda.
198
Seis de las técnicas habituales para medir caudal se han adaptado para la medición con
contadores de inserción, a saber: Medición de caudal por presión diferencial, con
contadores de turbina, Vortex, electromagnéticos, por ultrasonidos y por dispersión
térmica. Todas estas técnicas se describen con más detalle en el Capítulo 3.
Aplicaciones
El uso de contadores de tipo inserción se halla enormemente generalizado sobre todo en
líneas de suministro de agua, chimeneas de antorcha, túneles de viento y grandes
conductos de aire en sistemas de ventilación. La razón principal es de tipo económico. En
grandes sistemas de suministro de agua, un tubo de Venturi de 4 metros (160") de
diámetro es unas 10 veces más caro que un contador de inserción y sólo ofrece una mejora
de ejecución marginal si el contador de inserción está colocado en la posición correcta y
bien calibrado, de modo que todos los factores sean conocidos. Igualmente, hay pocas
soluciones económicas para control de gases a bajas presiones y en grandes diámetros. El
coste de inserción de los contadores es casi independiente del tamaño de la línea, el único
coste adicional son los accesorios para permitir insertar y retirar de la tubería el contador
de inserción.
Algunas aplicaciones no requieren un seguimiento continuo sino que basta una
verificación periódica del caudal medio. A veces sólo se necesita una medición al inicio
del proceso para garantizar que el sistema funciona según se espera. Un sistema portátil
como cualquiera de los dispositivos de inserción son una elección perfecta para estos tipos
de aplicaciones. Para aplicaciones portátiles, un solo contador podría servir para medir en
los diversos puntos de medición, ¡una solución realmente económica!
Los dispositivos de inserción son la herramienta de inspección perfecta. Es mucho mejor
y sale mucho más barato utilizar el mismo dispositivo para todos los puntos de medición.
De este modo, es posible comparar los valores individuales medidos en cada punto, por
ejemplo, los valores registrados en distintos puntos de un sistema de suministro de agua.
La mayoría de sistemas de suministro de agua de las grandes ciudades se han revisado en
algún momento de la pasada década con algún contador de inserción.
Al hablar de aplicaciones de inspección hemos visto que los contadores de inserción
permiten identificar anomalías en el perfil de velocidades. Esto puede ser importante, por
ejemplo, en redes de tuberías con sedimentación, en que el flujo puede no haber
cambiado, pero sí la sección transversal, debido al efecto de las deposiciones o
calcificaciones en las tuberías. Registrar los datos del perfil de velocidades a intervalos
regulares de seis meses o un año permiten identificar posibles problemas en desarrollo y
emprender acciones correctoras. Para aplicaciones con líquidos y agua se continúan
utilizando contadores de Pitot, de turbina y electromagnéticos, pero cada vez más
aplicaciones de la industria de tratamiento y distribución de aguas están sustituyendo los
tradicionales contadores de inserción de Pitot y de turbina por contadores
electromagnéticos de inserción. La Figura 112 presenta los campos de aplicación en que
199
estos equipos se han empleado con buenos resultados.

Para aplicaciones industriales se ha utilizado ampliamente el robusto Annubar®, una
forma de tubo de Pitot multipuerto (véase la página 64). Los modelos multipuerto se ven
menos afectados por las distorsiones en el perfil de velocidades, pues un incremento del
caudal en un punto se compensa por la disminución del caudal en otro punto.
Los anemómetros térmicos y los contadores de inserción para caudal másico se han
aplicado a sistemas industriales de calefacción, ventilación y acondicionamiento de aire
(HVAC) para la medición de caudal másico de aire y de caudal volumétrico en chimeneas
de antorcha (véase la Fig. 91). Estos equipos han hallado una amplia aplicación en
laboratorios de análisis de caudal de aire y en túneles de viento para el estudio del
comportamiento de la circulación de un fluido en torno a un objeto de grandes
dimensiones (automóviles, modelos de aeronaves con alas, maquetas de edificios, etc.).
c
b
Fig. 112: Los contadores electromagnéticos de inserción como “Magphant” de E+H se pueden emplear
en numerosas industrias y para un amplia variedad de tareas.
a = Medición de caudal, b = Protección de tramo seco en bombas, c = Control de refrigerante en bombas,
d = Verificación en sistemas de refrigeración, e = Función de conmutación (por ejemplo, en válvulas),
f = Circuitos de refrigeración en sistemas de ventilación/extracción, compresores para refrigeración,
ventiladores.
200
Las aplicaciones de control energético suelen involucrar tamaños de línea mayores, en

particular en sistemas de distribución de agua caliente en distritos, en grandes
instalaciones militares y en complejos de edificios como campus universitarios o ciudades
sanitarias. Una gran cantidad de casos documentados avalan la utilización de dispositivos
de inserción como solución económica para proporcionar mediciones de caudal para la
facturación localizada de consumos.
Una opción a menudo no considerada consiste en instalar un contador de inserción en una
sección de tubería para facilitar su calibración en un laboratorio de calibración de caudal
con trazabilidad. De esta forma, el dispositivo se integra en la línea, pero ocupa sólo una
fracción de la sección que ocuparía un contador con carrete del mismo tamaño. En pocos
años, la tecnología ha avanzado mucho en acondicionamiento de señales, y los bajos
niveles de señal generados por las sondas de inserción ya pueden tratarse con comodidad
y fiabilidad. Se obtienen incertidumbres del 2% que, en general, son suficientes para
aplicaciones grandes de distribución y tratamiento de agua. El único problema es la
disponibilidad de centros de calibración certificados, como el que posee E+H, que estén
suficientemente preparados para hacer frente a tales requisitos.

¿Por qué es una buena idea utilizar contadores de inserción?
Hay tres razones principales para la conveniencia de utilizar contadores de inserción:
• Las tuberías son tan grandes (líneas de más de 3 metros de diámetro) que las sondas de
inserción son la única solución económica.
• Un contador de inserción es una opción más barata para niveles de ejecución reducidos
y ofrece un menor coste de adquisición en propiedad.
• El sensor puede ser extraído y cambiado con facilidad, lo cual puede proporcionar una
mayor rangeabilidad.
A partir del segundo y tercer puntos queda claro que la compra y el manejo de contadores
de inserción ofrece una buena relación coste-efectividad. Sin embargo, en situaciones de
uso temporal o de inspección, el uso de estos contadores requiere operarios expertos.
¿Qué dificultades presenta la práctica de la “perforación en carga”?

Al instalar los contadores de inserción, hay que acoplar unos adaptadores especiales a la
pared exterior de la tubería y taladrar unos agujeros en la pared de la tubería. La práctica
de la perforación en carga es una técnica que permite taladrar y sellar agujeros en una
tubería en condiciones de proceso, en otras palabras, con carga en la tubería.
Sólo deberían practicar perforaciones en carga especialistas o personal entrenado (la
inserción en condiciones de carga puede ser peligrosa). Es un proceso en cuatro etapas que
se efectúa con caudal circulando por el sistema de tuberías. El procedimiento completo
lleva menos de una hora, si lo ejecuta un especialista.
201
¿Cuáles deben ser las longitudes de tramo corriente arriba?

Las longitudes de tramo corriente arriba dependerán del tipo de tecnología en que esté
basado el dispositivo de inserción. Los contadores electromagnéticos requieren longitudes
de tramo corriente arriba algo inferiores que el resto de métodos, simplemente porque este
tipo de contadores son, en general, más inmunes a las perturbaciones dinámicas del fluido.
Sin embargo, con cualquier tipo de sondas en general, hay dos escuelas de pensamiento:
• Las longitudes de tramo deben ser las adecuadas en cada caso para que el perfil de
velocidades del fluido se desarrolle y estabilice por completo.
• No son necesarias longitudes de tramo largas porque el perfil de velocidades se puede
determinar en campo.
Ambos puntos de vista son válidos. El primero es preferible, pues un perfil de velocidades
estable ofrece un mayor grado de confianza en los datos de calibración en laboratorio de
la sonda y evita tener que establecer cada vez el perfil de velocidades. En el segundo caso,
habitual en aplicaciones de inspección o de estudios locales, la habilidad del operario a
menudo determinará las longitudes de tramo mínimas necesarias, porque un análisis de
perfil de velocidades detallado permite colocar la sonda en el lugar exacto. En estas
condiciones, los datos pueden ser interpretados con exactitud incluso aunque el perfil de
velocidades a partir del cual se han obtenido sea menos estable. Todo depende del tipo de
aplicación y de las necesidades del usuario. Si la sonda se va a dejar instalada
permanentemente, nosotros sugerimos una longitud de tramo mínima de 15 veces el
diámetro nominal aguas abajo de un accesorio simple. Esta longitud se incrementa entre
30 y 80 veces el diámetro nominal si aguas arriba del contador de inserción hay varios
accesorios múltiples de acoplamiento. El lector hallará más detalles acerca de los patrones
de perfiles de velocidades esperados aguas abajo de distintos tipos de accesorios en el
Capítulo 2.
¿Las adherencias afectan a la ejecución de los contadores de inserción?
En términos generales podemos decir que las sondas electromagnéticas y térmicas siempre
se ven afectadas por los posos de materia acumulada. Se han registrado diversos casos de
lecturas de sondas térmicas afectadas por la presencia de partículas materiales, sobre todo
en aplicaciones con gases contaminados. Los sensores electromagnéticos y térmicos, en
este aspecto, se ven afectados por revestimiento. Las partículas de suciedad o pequeñas
gotas líquidas forman capas de revestimiento sobre el filamento o elemento calefactor del
sensor térmico y pueden cambiar su capacidad calorífica; y el revestimiento de los
electrodos con materiales no conductores reduce rápidamente los niveles de señal en las
sondas electromagnéticas. Ésta es la ventaja de los contadores de inserción. Pueden ser
retirados, limpiados y vueltos a colocar con facilidad. Si una aplicación es propensa a la
aparición de suciedad o grasa, puede ser necesaria una limpieza semanal del elemento
sensor.
¿En qué consisten las tareas de mantenimiento y con qué frecuencia es conveniente
202
efectuarlas?
La respuesta a esta cuestión depende del tipo de tecnología empleada, pero con un
seguimiento añadido debido al pequeño tamaño del sensor. Se producen más daños en el
momento de insertar o retirar el sensor que durante su uso normal. El cierre de la válvula
de aislamiento sobre la varilla es un fallo común que puede perjudicar el alineamiento
general. La ventaja de las sondas es que en cualquier momento se puede inspeccionar su
desgaste. Se recomienda hacerlo cada vez que la sonda se emplee y se vuelva a retirar de
servicio. Es posible que los pivotes de los equipos de tipo turbina requieran recambio a
intervalos más frecuentes, según lo sucio que sea el fluido; en cualquier caso, es muy
conveniente seguir los consejos del distribuidor. Una buena práctica es pasar el cepillo por
el sensor después de cada período de uso y/o una vez al mes.
Las partículas sólidas pueden obturar los equipos de presión diferencial como los tubos de
Pitot o los Annubars®, con más frecuencia desde que tienden a ser empleados en cada vez
más aplicaciones industriales. Este tipo de contadores deberían limpiarse por lo menos dos
veces al año, y con mayor frecuencia si se emplean para medir fluidos contaminados. Una
degradación de la señal es un síntoma de suciedad en la sonda.
En resumen: Los requisitos y las prácticas de mantenimiento son distintos para cada tipo
de sensor, que cada distribuidor debe dar a conocer.
¿Qué límites imponen la velocidad del fluido y el tamaño de la tubería a los contadores
de inserción?
La mayoría de sondas se pueden emplear con comodidad en el centro de la línea y en los
puntos críticos a velocidades de hasta 4 m/s (13 pies/s), en tuberías con diámetros
nominales inferiores a DN 300 (12"). A velocidades superiores y en tuberías más grandes,
las fuerzas dinámicas que actúan sobre la varilla de la sonda pueden comportar algunas
limitaciones. Cada distribuidor puede proporcionar diagramas que muestren dichas
limitaciones.
203
Aplicaciones de llenado y dosificación E+H Medición de caudal
Aplicaciones de llenado y dosificación

En el lenguaje cotidiano, los términos “llenado (embotellado)” y “dosificación” se suelen
utilizar más o menos como sinónimos. Sin embargo, en rigor, ni los procesos ni las
aplicaciones involucrados son los mismos (Fig. 113).
Llenado (embotellado):
El proceso de llenado o envasado consiste en transferir fluido a un contenedor vacío de
capacidad conocida (certificada). Ejemplo: Embotellado de bebidas. Llenado de camiones
cisterna.
Dosificación:
En un proceso de dosificación, el contenedor puede ser de cualquier tamaño, pero la
cantidad de fluido transferida ha de ser un volumen estricto. Ejemplo: Administración por
lotes de productos químicos en los sistemas de tuberías de una planta de tratamiento de
aguas.
330 ml
330 ml
a b
Fig. 113: Diferencia entre llenado (a) y dosificación (b).
Llenado y dosificación con caudalímetros

Los caudalímetros en procesos de llenado y dosificación se han vuelto muy populares en
el curso de los últimos años porque los estrictos requerimientos que se imponen hoy en
día impiden que las técnicas empleadas en el pasado puedan continuar siendo
competitivas. El volumen de las botellas de tipo PET, por ejemplo, suele ser variable, y el
llenado con sistemas mecánicos convencionales puede llevar a tener cantidad de más o de
menos de lo deseado. Se hallan situaciones en que se vierte demasiado o demasiado poco
líquido en las botellas por cambios de volumen debidos, por ejemplo, a procesos de
limpieza.
El coste de algunas materias primas es elevado, de modo que es natural y comprensible
por parte de los manufacturadores alcanzar niveles de precisión elevados en procesos de
dosificación por lotes, y ello implica utilizar técnicas de medición de caudal de alta
204
E+H Medición de caudal Aplicaciones de llenado y dosificación
precisión. Estas consideraciones son particularmente relevantes en las industrias

farmacéuticas y de cosméticos. Las pérdidas económicas en estos ámbitos pueden ser
enormes, aunque las cantidades involucradas sean a veces minúsculas.
Ejemplo:
Una fábrica de cosméticos ha instalado un nuevo sistema de embotellado y ha conseguido
ahorrar 2 gramos de un determinado producto por botella. Este sistema puede rellenar
180 botellas por minuto. Si suponemos un promedio de dieciséis horas de proceso al día,
una semana laboral de cinco días y 45 semanas de producción por año, el total ahorrado
alcanza la cifra de 77,760 kilogramos al año. Pongamos que la cantidad de producto por
botella son 250 gramos; entonces, este ahorro representan 311.040 botellas de más que
podrían rellenarse al año y distribuirse a los comercios.
Este ejemplo muestra que, de hecho, el coste de inversión en un sistema de llenado “caro”
con medición de caudal de alta precisión se puede amortizar en un plazo de tiempo muy
corto. En general, se puede afirmar con seguridad que la tecnología de medición de caudal
de precisión puede reducir los costes de producción considerablemente. Los factores que
intervienen en estos términos incluyen los aspectos siguientes:
• Actualmente, la protección medioambiental tiene una enorme importancia en
cualquier aplicación de llenado y dosificación. La limpieza de las máquinas de llenado
convencionales, por ejemplo, embotelladoras de pistones, genera grandes descargas de
agua contaminada, con los costes económicos y el impacto medioambiental asociados
correspondientes. Muchas aplicaciones han alcanzado reducciones en el volumen de
líquido limpiador de hasta un 90% tras cambiar a un sistema de medición de caudal
moderno.
• Las máquinas de llenado y embotellado mecánicas no pueden prescindir de un
mantenimiento continuo –siempre hay algo por hacer. Los caudalímetros atajan este
inconveniente de raíz porque no requieren en general ningún tipo de mantenimiento
en absoluto, o muy poco.
• Por la misma razón, los diseños industriales modernos suelen apartarse de las directrices
de los procesos de llenado y embotellado tradicionales, y éste es también un importante
factor económico. Los caudalímetros abren oportunidades para prescindir de
componentes de alto coste, como por ejemplo tanques de suministro intermedios, y de
nuevo los costes de producción disminuyen consecuentemente, sobre todo en relación
con los procesos de limpieza y esterilización.
Principios de medición de caudal

En función de las condiciones de proceso, las limitaciones presupuestarias y los requisitos
de ejecución, los dos principios de medición más populares (véase el capítulo 3) hoy en
día son:
• Medición de caudal másico directa por principio Coriolis
• Medición de caudal por principio electromagnético
205
C
B
A
SPS
PC
SPS
Fig. 114: Sistema de dosificación (arriba) y sistema de embotellado/llenado (abajo). En ambos ejemplos
se emplean contadores magnéticos (a) para controlar las válvulas de cierre de alta velocidad (b).
206
Los caudalímetros electromagnéticos miden volúmenes. Los caudalímetros Coriolis, en

cambio, registran el caudal másico y la densidad del fluido simultáneamente, de modo que
el caudal volumétrico que obtienen por cálculo es más exacto.
Caudalímetro másico Coriolis
Los caudalímetros másicos Coriolis pueden demostrar plenamente sus ventajas en plantas
de llenado en que haya que medir diferentes tipos de fluidos (conductores/no
conductores, etc.). El efecto Coriolis es independiente de las propiedades físicas del fluido,
como la conductividad, la densidad, la presión o la temperatura. Una ventaja añadida es
que la viscosidad no afecta significativamente a la ejecución del contador de caudal
másico.
Fig. 115: Máquina de embotellado giratoria con caudalímetro másico Coriolis “Dosimass” de E+H.
Los sistemas diseñados para el embotellado de bebidas suelen utilizar contadores
magnéticos porque una característica de los líquidos de proceso en estas aplicaciones
acostumbra a ser una buena conductividad. De nuevo, siempre es recomendable
mantener las máquinas lo más compactas posible. Las máquinas para el embotellado de
207
bebidas son normalmente de tipo giratorio, con hasta 150 cabezas de llenado y un número
correspondiente de caudalímetros (Fig. 116).
Otro punto que cabe destacar es que los caudalímetros ejercen menos esfuerzos
deformantes en el propio fluido porque las fuerzas de tensión cortante son
significativamente menos intensas que las generadas con máquinas convencionales como
las embotelladoras de bombeo o las de pistones.
Fig. 116: Máquina de embotellado giratoria con contador magnético “Dosimag” de E+H.
Exactitud
En procesos de embotellado repetitivos, la repetibilidad en el llenado es más importante
que la “precisión” del contador. La repetibilidad del conjunto depende de diversos
factores, que incluyen el caudalímetro, la válvula reguladora y el sistema de control.
Todos los componentes individuales que conforman el sistema tienen que cumplir unos
requisitos muy exigentes para garantizar un control de cantidades de alta precisión. Los
tiempos de cierre de las válvulas, por ejemplo, suelen estar entre los 20 y los 50
milisegundos. Sin embargo, algunas válvulas de control de caudal empleadas en máquinas
de embotellado tienen ritmos de cierre incluso superiores y pueden mantener este
extraordinario nivel de repetibilidad durante millones de ciclos de conmutación.
208
Los caudalímetros másicos Coriolis pueden funcionar confortablemente a velocidades de

500 milisegundos por ciclo y tratar con fiabilidad cantidades en el extremo inferior del
campo de valores de medida del orden de los mililitros; y la misma máquina puede
emplearse para cantidades veinte veces mayores. Incluso serían posibles diseños de
dimensiones más generosas, aunque por otra parte disminuirían en exactitud. Esta
excepcional rangeabilidad es justo lo que la mayoría de operarios de planta embotelladora
quieren ver cuando piensan en términos de flexibilidad total.
El proceso de llenado
La Figura 117 muestra un transitorio típico de un proceso de embotellado. Los intervalos
de curva en ascenso y caída rápidos indican claramente la necesidad de que el
caudalímetro funcione a un ritmo de muestreo rápido (número de llenado de muestras por
segundo). Un ciclo de llenado a alta velocidad tiene que completarse en aproximadamente
1 segundo; de modo que este factor es aún más significativo. Por lo tanto, la exactitud está
directamente relacionada con el ritmo de muestreo.
La válvula se cierra Curva de presión

Q
La válvula se cierra
Tiempo
La válvula cerrado
de cierre
se abre
Fin del goteo
t
Tiempo de procesamiento Fluctuaciones
Cantidad de procesamiento de presión
Fig. 117: Proceso de llenado y fases de cierre de las válvulas.
Si el sistema de estabilización de la presión reacciona con demasiada lentitud y la presión

tiende a fluctuar o la viscosidad está sujeta a un cierto nivel de cambio, las fluctuaciones
de caudal al inicio y al final del proceso de llenado adquieren más relevancia y las
cantidades parciales entre muestras (Fig. 118, área sombreada) despreciadas al integrar
desplazan los valores de medición hasta que quedan fuera del campo de valores aceptable.
Si el porcentaje para cada muestra es del 6,6% en este ejemplo (15 muestras), los errores
209
individuales adquieren un peso estadístico considerable. Un ritmo de muestreo rápido de

55 mps (muestras por segundo) bastaría para garantizar que las fluctuaciones de caudal
infinitesimales se registran con suficiente exactitud.
Las fases de cierre de válvula que se muestran en la Figura 117 constituyen otro factor
importante. La válvula tarda en cerrarse un cierto tiempo, y esto puede llevar a retrasos,
un derrame residual y una variación más o menos pronunciada de la columna de fluido
en la tubería. Esto va a depender de la presión de proceso y de la velocidad de cierre. En
un análisis final, todos estos aspectos intervienen en la precisión con que se embotella el
producto. Para evitar estas influencias, los caudalímetros modernos disponen de funciones
específicas, como las funciones de “supresión de caudal residual” o “supresión del golpe
de ariete”.
Fig. 118: Curva esquemática de caudal afectado por fluctuaciones de viscosidad/presión.

Ritmo de muestreo = 25 mps (muestras por segundo)
Tiempo de llenado = 0,6 s (corresponde a aproximadamente 15 muestras)
Supresión de caudal residual

La supresión de caudal residual es una función que evita que el contador registre caudal
en el extremo inferior del campo de valores de medida debido a, por ejemplo, las
fluctuaciones antes de que la columna de líquido se asiente tras el cierre de la válvula. Tan
pronto como la velocidad o el caudal cae por debajo de un determinado valor o umbral,
la función de supresión de caudal residual se activa y el contador registra “caudal cero”.
210
Supresión del golpe de ariete

El sistema de medición puede registrar los movimientos bruscos de líquido o las surgencias
de presión esporádicas que se producen en la tubería al cerrarse la válvula de llenado o
dosificación. Estos impulsos registrados introducen errores en la totalización, sobre todo
en los procesos de embotellado y llenado. La supresión del golpe de ariete (que consiste
en una supresión temporal de la señal), mostrada en la Figura 119, puede eliminar
“errores” de esta naturaleza. El operario programa la duración de la supresión del golpe
de ariete y los puntos de activación/desactivación para la supresión del caudal residual (1).
Durante la supresión del golpe de ariete, se dan las condiciones siguientes:
• Intensidad de corriente: establecida a 4 mA
• Salida de impulso establecida a 0 Hz (nivel de inactividad)
• Lectura de caudal = 0 (caudal cero)
• Lectura del totalizador: permanece sin cambios
La lectura del caudal no se actualiza hasta que ha transcurrido el tiempo definido por la
función de supresión del golpe de ariete (2) y el caudal sobrepasa el punto de desactivación
establecido para la supresión de caudal residual (3).
La válvula se cierra
Supresión
de caudal
residual
3
Off
On
1 2
t
inactivo activo inactivo
Tiempo dado
Supresión del golpe de ariete
Fig. 119: Funcionamiento de la función del golpe de ariete en procesos de llenado y embotellado.
1 = Punto de activación para la supresión de caudal residual o la supresión del golpe de ariete,
respectivamente
2 = Punto de desactivación para la supresión del golpe de ariete (temporización)
3 = Punto de desactivación para la supresión de caudal residual
211
Suministro de combustibles a vehículos automóviles E+H Medición de caudal
Caudales pulsantes
Los caudales pulsantes se discuten en profundidad en la Página 215 y sig.
Las peculiaridades de los procesos de batching suelen ir asociadas al modo como el fluido
se transporta. Las bombas que originan impulsos de caudal, bien por su diseño o por su
principio de funcionamiento (bombas de pistones, bombas peristálticas, bombas
excéntricas), pueden generar fluctuaciones periódicas del caudal intensas. En estos casos,
los caudalímetros modernos disponen de funciones de equilibrado que registran el reflujo
en la tubería – causado, por ejemplo, por una bomba de pistones o una bomba peristáltica
– y calculan la cantidad de volumen correspondiente para la fase siguiente del ciclo de
bombeo. Para obtener buenos resultados de medición con estas aplicaciones, es
importante que el número de muestras sea lo más alto posible, es decir, que el ritmo de
muestreo sea elevado.
Las tecnologías de proceso pueden estar sujetas a ciclos de cambio muy cortos debido a la
presión que ejercen los crecientes costes de los materiales, de la energía (períodos de
limpieza), del tratamiento de productos residuales y de la mano de obra. El uso de
contadores adecuados es una manera de asumir los últimos requisitos en términos de
tiempos de proceso y cantidades de producto totales en las industrias de
embotellado/envasado y dosificación. Al fin y al cabo, ¡cada gota cuenta!
Suministro de combustibles a vehículos automóviles

Una aplicación particular surgida en años recientes que combina las funciones de llenado
y Custody Transfer se ha convertido en un segmento de mercado de enorme importancia.
La aplicación en cuestión es el suministro de combustibles a vehículos automóviles –gas
de petróleo licuado (GPL), por una parte y gas natural a presión (GNP), por otra.
Son varias las razones que explican la popularidad que han adquirido estos gases como
combustibles de vehículos a motor. Para empezar, muchos gobiernos ofrecen enormes
beneficios fiscales para promover esta tecnología emergente, de modo que los precios que
los consumidores pagan por éstos son más económicos que los combustibles
convencionales (diésel, gasolina). Otra razón es que la legislación sobre protección del
medioambiente y la atmósfera induce a buscar soluciones nuevas para el sector del
transporte a motor. Las ventajas del gas sobre la gasolina y los combustibles diésel son
evidentes. El gas desprende menos contaminantes (hasta un 95% menos), menos gases de
efecto invernadero (hasta un 15% menos), el motor de gas es más silencioso, desprende
menos hollín y polvo, y apenas desprende olores al quemar.
En los últimos años ha habido intentos de crear una directiva CE reguladora, pero el
resultado hasta la fecha no ha pasado de un estado de borrador, y el documento no es
vinculante. El comité activo en este campo se denomina “Organisation Internationale de
Métrologie Légale” (OIML).
212
E+H Medición de caudal Suministro de combustibles a vehículos automóviles
La tecnología aún es nueva, y los diversos implicados en todo el mundo – e incluso dentro
mismo de Europa – han adoptado adaptadores para el llenado, presiones (hay diseños de
sistemas entre 200 y 350 bar / 2.500 y 5.000 psi) y requisitos eléctricos muy distintos
entre sí. Esta situación obstaculiza la aparición de vehículos “monovalentes” cuyo único
combustible sea GNP. La industria automovilística ha respondido desarrollando una serie
de vehículos “bivalentes” que pueden funciona a la vez con combustibles convencionales
y con GNP.
Otro hueso difícil de roer con el que los desarrolladores se han topado es el pobre campo
de valores que ofrecen los vehículos que funcionan con GNP (aproximadamente entre
250 y 400 km / 155 y 250 millas). Las estaciones de servicio que dispensan este tipo de
combustible en las vías y carreteras públicas son aún pocas y están muy alejadas unas de
otras, de modo que aún va a transcurrir un tiempo antes de que veamos coches de
combustibles gaseosos en cantidades apreciables por nuestras carreteras.
La mayoría de caudalímetros empleados hoy en día para la dispensa de GNP combustible
son los caudalímetros másicos Coriolis de medición directa de caudal másico (Fig. 120).
Estos contadores tienen una rangeabilidad elevada y resistencia a altas presiones,
características que los hacen eminentemente aptos para aplicaciones de esta naturaleza.
Los caudalímetros Coriolis registran la densidad del fluido y el caudal másico
simultáneamente, de modo que las cantidades de combustible transferido pueden leerse
en unidades de masa (kilogramos o libras) o en unidades de volumen (litros o galones).
Fig. 120: CNGmass

(izquierda) y LPGmass
(derecha) son dos
caudalímetros másicos
Coriolis de
Endress+Hauser,
diseñados específicamente
para la medición de gas
natural o gas líquido en
dispensadores o en
camiones.
La situación para el gas de petróleo licuado (GPL) es ligeramente diferente. En algunos

países, el GPL ya se ha vuelto muy popular como combustible para vehículos a motor. En
los Países Bajos, Italia y Turquía, por ejemplo, el gas de petróleo licuado se vende desde
213
Suministro de combustibles a vehículos automóviles E+H Medición de caudal
hace ya muchos años, y los conductores cuyos vehículos funcionan con este combustible
no tienen que preocuparse por su autonomía –por lo menos mientras permanezcan en o
cerca de las grandes zonas urbanas.
La popularidad del LPG va en aumento en diversos países del sur de Europa, donde el
coste de convertir un coche para que funcione con este combustible alternativo no es
prohibitivo. La ciudad de Estambul con su flota de innumerables taxis siempre en
movimiento es un buen ejemplo de ello. Los conductores que emplean LPG combustible
en esta ciudad utilizan dispensadores que funcionan con caudalímetros volumétricos de
desplazamiento convencionales parecidos a los empleados para los combustibles
convencionales. Estos dispensadores trabajan con presiones de servicio de la parte baja del
campo de valores (25 bar / 360 psi), por lo que su manejo resulta significativamente
menos crítico.
Una visión a más largo plazo evidencia, sin embargo, la sustitución de estas técnicas
convencionales por el más avanzado método de medición de caudal másico Coriolis. A
este desarrollo contribuirá sin duda el hecho relevante de que los contadores basados en
este último método no tienen en sí partes móviles, por lo que duran más y apenas
necesitan mantenimiento.
Los expertos también vaticinan que en los próximos 10 ó 15 años vamos a asistir a la
emergencia de otra tecnología rompedora, a saber: el uso de hidrógeno (H2) como
combustible para vehículos a motor. La mayor parte de implicados en la industria del
automóvil han desarrollado motores de pila de combustible de este tipo, por lo menos a
un nivel de prototipo, si no más, y han mostrado sus resultados en las exposiciones
internacionales industriales y ferias de muestras comerciales más importantes del mundo.
Algunos de estos vehículos están ya en un período de prueba a largo plazo y preparados
para su salto a la producción en cadena. Puesto que los motores de pilas de combustible
apenas contaminan (vapor de agua es casi el único residuo que desprenden), representan
un gran paso en favor de la ingeniería comprometida con la protección del medio
ambiente.
214
E+H Medición de caudal Caudales pulsantes
Caudales pulsantes
Los reguladores, las válvulas, las bombas o los compresores, e incluso algunos tipos de
caudalímetros pueden originar pulsaciones en el caudal. En comparación con el caudal
estacionario, un caudal pulsante representa un gran reto con respecto a la precisión de la
medición.
Las fluctuaciones periódicas intensas suelen estar originadas por la actuación de bombas
de desplazamiento, en especial las de émbolo, las peristálticas y las excéntricas.
Caudal bombeado – un ejemplo real

En las industrias química, farmacéutica, alimentaria y de distribución y tratamiento de
aguas potables y residuales se emplean muchos tipos diferentes de bombas para el control
de caudales de dosificación por lotes de aditivos. Las bombas de émbolo, las bombas de
fuelle y las bombas de diafragma están entre los tipos más comunes de bombas de caudal
de dosificación por lotes empleados. Todas estas bombas son del tipo de desplazamiento
de volumen oscilante con medición de caudal ajustable, adecuadas para toda clase de
fluidos. Su popularidad se debe principalmente a las características de diseño siguientes:
• Son capaces de bombear líquidos diversos y manejar una amplia gama de valores de
temperatura, presión y viscosidad.
• Es posible elegir entre una gran variedad de bombas –incluidas configuraciones “llave
en mano”.
• Son dispositivos a prueba de altas presiones y de característica lineal, factores esenciales
para una dosificación por lotes de precisión.
• Ofrecen una amplia gama ajustable de valores de caudal. En general, permiten
configurar tanto la frecuencia de bombeo como el desplazamiento del émbolo, ya sea
por medio de servomandos eléctricos/neumáticos o por ajuste manual.
• El caudal de dosificación por lotes tiene una característica digital (véase la Fig. 121).
Ello permite contar los pulsos de la bomba, por ejemplo en una dosificación por lotes
intermitente.
Cada tipo de bomba genera su propio caudal característico, que depende de su diseño
mecánico y su geometría (véase la Fig. 121, Fig. 123). Por ejemplo, las bombas de
émbolos presentan las características siguientes:
• El caudal máximo puede llegar a superar el caudal promedio en un factor diez durante
varios milisegundos.
• En determinadas condiciones se producen reflujos debidos principalmente a desgastes
mecánicos o a los tiempos de cierre de las válvulas.
Control de caudales pulsantes

Una razón para el uso de bombas en sistemas de dosificación por lotes es que la cantidad
bombeada en cada ciclo se conoce con relativa precisión, porque tanto el volumen
desplazado como la frecuencia de bombeo son bien conocidos. Sin embargo, los errores
215
Caudales pulsantes E+H Medición de caudal
de medición en estas aplicaciones de dosificación por lotes, dependen del tipo de bomba
y, en mayor o menor medida, de las condiciones de contorno:
• La presencia o no de contrapresión (aunque las bombas de dosificación por lotes tienen
una característica a prueba de presiones muy alta en comparación con otros diseños).
• Las propiedades del fluido (viscosidad, proporción de burbujas de gas intrusas, etc.).
• La característica de cierre de las válvulas.
Q a b
c d
Fig. 121: Caudales característicos de diversos tipos de bombas.

a = bomba excéntrica de 1 cilindro (bomba de émbolo), b = bomba excéntrica de 2 cilindros,
c = bomba magnética, d = bomba peristáltica (acoplamiento para mangueras flexibles)
Por estos motivos, los circuitos de control de alimentación suelen incorporar contadores
adicionales para el control del caudal. Tanto las bombas como los caudalímetros generan
señales de caudal, por lo que podríamos decir que la medición es redundante. En el caso
de sistemas de dosificación por lotes de alta precisión, esta redundancia doble beneficia al
operario porque refuerza la fiabilidad de la medición. En algunas aplicaciones críticas, la
redundancia puede ser triple.
La cantidad neta del caudal es particularmente importante en términos de control de caudal
de dosificación por lotes. Las fluctuaciones en la señal de salida del transmisor no son
deseables porque el control es más preciso cuando los valores medidos permanecen
estables. En el pasado era una práctica habitual incrementar la constante de tiempo de la
216
E+H Medición de caudal Caudales pulsantes
salida analógica – típicamente a 50 segundos o más – para conseguir valores de medición

estables.
La nueva generación de caudalímetros de E+H se suministra a demanda junto con una
función de “caudal pulsante” que permite medir caudales de este tipo a un nivel de
precisión muy alto. Esta función se puede emplear tanto para salidas de corriente como
para salidas de impulso. Además, puede combinarse con una función de “recuento” para
calcular los caudales de reflujo en la tubería (Fig. 122). Estos volúmenes (S) se guardan en
la memoria del transmisor y “se restan” de la dirección positiva de circulación en el
siguiente impulso de caudal. La medición resulta así rápida y exacta, sin necesidad de
añadir otros dispositivos localmente.
Q (t)
t
S
Fig. 122: La función de “caudal pulsante” implementada por E+H.

Gráfico en función del tiempo de la señal de medición a la salida de intensidad o impulso/ frecuencia.
S = Volumen detectado debido a los caudales de reflujo
A = Volumen detectado (S) restado del pico correspondiente al siguiente impulso de caudal
Un ejemplo práctico
La Figura 123 ilustra con un ejemplo en qué consiste la función de “caudal pulsante” de
E+H. Una compañía de suministro de agua introduce dosis de una disolución de carbono
activo en una tubería y mide el caudal. La curva A muestra el caudal efectivo que crea la
bomba peristáltica (una bomba Allweiler ASH 25 GN 10/104). La curva B representa los
datos que proporciona la salida analógica de un contador magnético con el modo “caudal
pulsante” activado.
217
Caudales pulsantes E+H Medición de caudal
La señal de salida de corriente 4–20 mA se establece para un campo de valores de medida

de 0 a 400 l/h, pero todos los valores por encima o por debajo de este campo de valores
se anulan. La salida de corriente refleja la cantidad neta de disolución de carbono activo
introducida en el suministro de agua. El valor calculado es muy estable, incluso con una
constante de tiempo muy corta, de 0,01 segundos.
Ritmo de muestreo (muestreo de la señal de frecuencia):
Cuando los impulsos del caudal son de alta frecuencia, el ritmo de muestreo del
caudalímetro es un parámetro importante, tanto en términos de exactitud en la medición
del caudal en general, como de determinación del consumo a facturar en particular.
Los caudalímetros másicos Coriolis con una gama de frecuencias de resonancia de 300 a
1.000 Hz son sin duda los más adecuados. Son rápidos, por lo que la exactitud y la
velocidad de cálculo de la cantidad de distribución neta son correspondientemente
elevadas, perfectamente preparados para cumplir con los requisitos más exigentes.
Q [l/h] I [mA]
20
200 A
15
0
10
-200 B
0 2 4 6 8 10 12 t [s]
Fig. 123: Efecto de la función de “caudal pulsante” de E+H.

A = Caudal pulsante [l/h] generado por una bomba peristáltica
B = Señal [mA] en la salida de intensidad de un contador magnético de E+H.
218
E+H Medición de caudal Custody Transfer
Custody Transfer
Introducción histórica
El derecho a definir pesos, volúmenes o longitudes que sirvan de referencia para bienes
materiales y a acuñar monedas aceptadas como pago por estos bienes es uno de los
privilegios que más celosamente se han reservados los gobernantes de las sociedades más
antiguas.
Las unidades de masa, volumen y longitud mantienen hoy en día su importancia para
nosotros porque determinan el precio que el vendedor va a exigir y el comprador va a
pagar en cualquier negocio de transacción que involucre bienes materiales. En el pasado,
diversidad de intereses y diferencias regionales e históricas introdujeron diferentes
sistemas de unidades. Sin embargo, la importancia en aumento del comercio condujo a la
armonización de estos sistemas de medición. Este desarrollo culminó con la introducción
del sistema internacional SI de unidades (m, kg, s), que cada país ha empleado desde
entonces como base para sus propios sistemas métricos legales.
A continuación ilustramos como ejemplo del principio de custody transfer su
funcionamiento según las leyes de la República Federal de Alemania. Otros países tienen
sus propias normas, pero los principios internacionalmente aceptados están formulados
según los principios del comité OIML.
El objetivo del control legal de pesos y medidas

El propósito del control legal de pesos y medidas es proteger a los ciudadanos de las
consecuencias derivadas de mediciones incorrectas en transacciones comerciales o en
contratos con la administración, y proponer pesos y medidas estándares en todos los
aspectos de los ámbitos laboral, sanitario y ambiental.
La legislación formulada para lograr estos fines establece los requisitos de aplicación en los
equipos de medición y en los procedimientos adoptados para medición y verificación. En
Alemania, por ejemplo, estos requisitos están regulados por las directivas de la CEE y la
CE, la “Eichgesetz” (Ley de estándares), la “Eichordnung” (Ordenanza de estándares), y
los requisitos y normativas de verificación articuladas por el Instituto Federal
Físico-técnico (Physikalisch-Technische Bundesanstalt, PTB). Ésta es la máxima autoridad
técnica del país en control de pesos y medidas y seguridad en ingeniería, y en
notificaciones oficiales en relación con estándares, pesos y medidas. Las medidas definidas
como medio para alcanzar estos objetivos pueden dividirse en preventivas y represivas:
• Preventivas: certificación de tipo, calibrado inicial, sellado
• Represivas: recalibrado periódico durante el ciclo de vida útil, control del mercado con
medidas de advertencia o castigo por infracciones
Operaciones de custody transfer en la vida cotidiana

Los contadores que aseguran el cumplimiento de las normativas legales de custody
transfer nos acompañan en tantos aspectos de nuestra vida diaria que, a menudo, apenas
nos damos cuenta de su presencia:
219
Custody Transfer E+H Medición de caudal
• Balanzas en almacenes y mercados (productos alimenticios, etc.)

• Bombas en las estaciones de servicio (combustibles, lubricantes, etc.)
• Contadores de agua domésticos (agua potable, agua caliente, etc.)
• Contadores en sistemas de aguas residuales (plantas de tratamiento de aguas residuales,
estaciones de bombeo, etc.)
• Básculas puente (escombros de edificios en construcción, desechos, etc.)
En el caso de equipos de medición de líquidos, OIML establece una clara distinción entre
contadores para “agua” y contadores para líquidos “otros que agua”. Otros dispositivos
están diseñados para la medición de caudales de gases. La variedad de contadores de
custody transfer es correspondientemente amplia.
Recalibrado periódico durante el ciclo de vida útil, excepciones a la norma

La validez de una calibración está en general limitada a dos años. Sin embargo, la
“Eichordnung” (Ordenanza de estándares) alemana incluye una larga lista de excepciones
en la sección titulada “Normas generales”. Los límites de tiempo importantes aplicados a
los caudalímetros se relatan en la lista del Apéndice B:
• Sistemas de medición con contadores para gases licuados 1 año
• Sistemas de medición con contadores volumétricos para leche 1 año
• Contadores volumétricos para agua caliente 5 años
• Contadores volumétricos para agua fría 6 años
(aguas residuales)
Estos tiempos no son válidos para los sistemas de medición directa de caudales másicos.
Los caudalímetros Coriolis tienen que calibrarse en general cada doce meses cuando se
utilizan para medir líquidos que no sean agua.
Contadores no sujetos a un calibrado periódico obligatorio
(Schedule A de la Ordenanza de estándares):
• Contadores volumétricos especiales y contadores para aguas residuales.
• Contadores en transacciones comerciales efectuadas por líneas de distribución entre
socios fijos.
• Contadores para:
– agua con un ritmo de circulación máximo de por lo menos 2.000 m3/h,
– otros líquidos que el agua con un ritmo de circulación máximo de por lo menos
600 m3/h,
– energía calorífica a un ritmo de por lo menos 10 MW.
220
Características específicas de los contadores para aplicaciones de custody transfer

Prueba de exactitud y fiabilidad:
Los equipos para aplicaciones de custody transfer necesitan un certificado expedido por
una autoridad de verificación acreditada como prueba de su fiabilidad (en otras palabras,
competencia en verificación y autocomprobación) y exactitud.
Ejemplos de autoridades acreditadas:
• PTB = Physikalisch-Technische Bundesanstalt
• NMi = Nederlands Meetinstituut
• NIST = National Institute of Standards and Technology
Protecciones software para operaciones de custody transfer
Todos los parámetros de calibrado del equipo que puedan modificar, falsificar o eliminar
datos de medición en un equipo en modo de Custody Transfer han de protegerse con
contraseñas o códigos de acceso para evitar que agentes externos (es decir, algún operario)
pueda introducir cambios.
Protecciones hardware contra accesos no autorizados al punto de medición:
El compartimiento de la electrónica del contador ha de estar provisto de un precinto, al
igual que el compartimento de conexiones del sensor de una versión remota. El diagrama
de precintos forma parte de la documentación de certificación y debería estar incluida en
las instrucciones de funcionamiento suministradas con el equipo (Fig. 124).
ANSCHLUSSKLEMMEN - FIELD TERMINALS
A A ANSCHLUSSKLEMMEN - FIELD TERMINALS
Fig. 124: Diagrama de precintos de un caudalímetro “Promag” de E+H.

A = Precinto del compartimiento de la electrónica
B = Precinto del compartimento de conexiones del sensor tras su instalación (versión remota)
La autoridad de calibración también fija un precinto en el compartimento de conexiones del transmisor
con salida de doble impulso.
221
Límites de error en control legal de pesos y medidas

En sistemas de medición se distingue entre “agua” y líquidos “otros que el agua” por
razones históricas. Asimismo han de entenderse los límites de error para contadores de
agua que se aplican en Alemania y en algunos otros países de la CE, por curiosos que
puedan parecer a un observador externo. Los contadores de agua mecánicos se subdividen
según “gamas de valores de carga” con distintos límites de error, y por clases según su
rangeabilidad, un sistema peculiar, pero fácil de asimilar:
• Clase A: Contadores simples con rangeabilidad Qmín/Qmáx = 1:25
• Clase B: Contadores mecánicos más sofisticados con rangeabilidad
Qmín/Qmáx = 1:67
Sin embargo, las posibilidades prácticas de aplicación de estas clasificaciones al estado de

la técnica de los contadores de agua electromagnéticos son más difíciles de observar. Las
“gamas de valores de carga” no se aplican a dispositivos de este tipo y la rangeabilidad de
1:500 (dentro del 2% de límite de error) son habituales. Como resultado, se emplean cada
vez más en redes de suministro de agua.
%
±5
±2
0
3
Qmin Qt Qn Q max [m /h]
1 2
Fig. 125: Campos de valores de caudal y límites de error para mediciones de custody transfer con agua
fría. Todos los valores límite dependen del tipo de contador, del diámetro nominal y de la clase de
certificación.
Qmín = Caudal mínimo, Qt = Limite entre el campo de valores de carga inferior y el superior, Qmáx = Caudal
máximo, Qn = Caudal nominal: igual a la mitad de Qmáx y es el parámetro utilizado para clasificar el
contador.
– El límite de error en el campo de valores de carga inferior (1) es ±5%
– El límite de error en el campo de valores de carga superior (2) es ±2%, o ±3% en el caso de agua
caliente
222
Un conjunto diferente de normas se utiliza para clasificar contadores para transacciones

que involucren otros líquidos que el agua. La reducción de campo mínima requerida es
1:10, pero los requisitos para la exactitud varían para cada fluido y según las características
físicas, como la temperatura, la viscosidad y el ritmo del caudal. La tabla siguiente ayuda
a clarificar la situación general.
Clase* Ámbitos de uso para líquidos “otros que el agua”
0,3 Sistemas de medición en tuberías y conducciones de suministro de larga distancia
0,5 Cualquier otro sistema de medición que no conste en ningún otro lugar de esta
tabla, en particular:
– Bombas de gasolina para vehículos a motor (excepto gases licuados)
– Sistemas de medición en camiones cisterna para líquidos de alta viscosidad (por
debajo de 1.000 mPas o 1.000 cP)
– Sistemas de medición para descarga de navíos mercantes, trenes de mercancías
y camiones cisterna
– Sistemas de medición para carga de navíos mercantes
– Sistemas de medición para leche
– Sistemas de medición para repuesto de combustible en aeronaves
1,0 – Combustible gas licuado para vehículos a motor

– Sistemas de medición para líquidos a temperaturas por debajo de
-10 °C (14 °F) o por encima de +50 °C (122 °F)
– Sistemas de medición para líquidos con viscosidades mayores de 1.000 mPas o
1.000 cP
– Sistemas de medición con velocidades de caudal máximas inferiores a 20 l/h
1,5 – Sistemas de medición para dióxido de carbono licuado

– Sistemas de medición (excepto bombas para combustibles gaseosos licuados)
para gases presurizados licuados medidos a temperaturas por debajo de -10 °C
(14 °F)
2,5 Sistemas de medición para líquidos criogénicos (punto de ebullición a presión nor-
mal inferior a -153 °C/-243 °F)
* Límite de error % respecto al calibrado
223
Clases de entornos para contadores

El resultado de las pruebas relacionadas con la compatibilidad electromagnética (EMC),
las condiciones climáticas y las vibraciones es el factor principal que determina el ámbito
de aplicación de los caudalímetros en operaciones de custody transfer.
El instituto OIML R117 (véase la página 371) establece diferentes niveles de exigencia en
las pruebas relacionadas con las condiciones climáticas y las vibraciones, que cubren las
clases B, C e I, según las condiciones del entorno. La nueva directriz sobre instrumentos
de medición (DIM) distingue, por ejemplo, entre entornos domésticos e industriales de
compatibilidad electromagnética.
Clases de entornos según define el OIML R117:
• B = Equipos inmóviles alojados en edificios
• C = Equipos inmóviles en el exterior
• I = Equipos móviles, en particular sistemas de medición en camiones cisterna
224
E+H Medición de caudal Medición de caudal en la industria alimentaria.
Medición de caudal en la industria alimentaria.

La industria alimentaria se esfuerza por garantizar una larga vida de los productos y una
calidad de producto alta y constante. Para asegurar que el alimento se mantiene lo más
natural e inalterado posible, se utilizan cantidades reducidas de conservantes y otros
aditivos. Sin embargo, la fuerte competencia conlleva una constante y elevada presión
sobre los costes. Alcanzar estos diversos requisitos exige mantener un correcto control y
dominio de los costes de producción y de las vicisitudes del proceso. Aquí es donde la
medición de caudales juega un papel decisivo. Si se desean optimizar los respectivos
procesos es imprescindible disponer de información precisa acerca de la calidad y
consistencia del producto.
Dispositivos de medición adecuados para cada aplicación

Hay una amplia gama de sistemas de medición de caudales disponibles. Para elegir la más
adecuada hay que tener en cuenta diversos factores como el ámbito de aplicación y las
condiciones generales del proceso (véase el capítulo 7). La aplicación ¿controla el proceso
o la dosificación de los ingredientes y los productos finales? ¿Hay que proteger los circuitos
y ciclos habituales? ¿Se va a medir un líquido con o sin contenidos sólidos, un gas, aire
esterilizado?
Modelos higiénicos
En dispositivos de medición de caudal en procesos alimentarios, es de importancia capital
que el modelo sea higiénico. Las impurezas pueden surgir del proceso mismo,
posiblemente motas o finas partículas de revestimiento, o de la presencia de
microorganismos en el producto. Entre las fuentes de contaminación más importantes se
hallan las superficies de adhesión, grietas o ranuras e intersticios. Estas impurezas o
contaminantes suelen ser muy pequeños, de un tamaño entre 1 y 10 µm:
• bacterias (aprox. 1 µm),
• levaduras, hongos, moho y esporas (aprox. 1 a 10 µm),
• partículas, fibras, motas (5 a 1.000 µm),
• residuos membranosos de productos químicos o detergentes (5 a 100 µm).
Un caudalímetro óptimo se caracteriza por las propiedades de diseño siguientes:

Materiales en contacto directo con el fluido
Ninguno de los materiales de fabricación del caudalímetro en contacto con el fluido ha de
afectar o contaminar los alimentos. Entre otras cosas, estos materiales han de ser
inoxidables y mecánicamente estables. Además, han de ser compatibles con el uso de
detergentes y desinfectantes y con las temperaturas de proceso.
Al seleccionar los materiales, hay que tener en cuenta también las disposiciones locales.
Certificados, recomendaciones y directrices emitidas por instituciones como FDA, 3-A, o
EHEDG han de ser respetados. El material preferido es el acero inoxidable, por ejemplo,
225
Medición de caudal en la industria alimentaria. E+H Medición de caudal
1.4404 (316L), 1.4435 (316L), o 1.4571 (315 T). También son adecuados materiales
sintéticos como PFA o PTFE. Para evitar la generación de microorganismos, la rugosidad
superficial (Ra) en las aplicaciones alimentarias y en las zonas asépticas no debería exceder
un valor máximo de 0,8 µm.
Materiales sin contacto directo con el fluido

Para estos materiales sólo hay algunas recomendaciones generales. En general, el acero
inoxidable es el mejor material y el más ampliamente usado. Además, hay plásticos de alta
resistencia aprobados por la FDA (Food and Drug Administration). La ventaja de éstos es
que no se corroen y son resistentes a la mayoría de productos de limpieza de uso habitual.
Las superficies que no se hallan en contacto directo con el fluido han de ser suaves.
Idealmente, se emplean radios de 3 a 6 mm (0,12 a 0,24") para el cabezal, para poder
acceder y limpiar con facilidad todos los rincones.
Materiales de las juntas y los revestimientos

Todos los materiales elastómeros y sintéticos deberían estar aprobados por la FDA o un
ente equivalente. Además, deberían ser resistentes a procesos de limpieza en sitio (CIP) o
esterilización en sitio (SIP). En general las juntas utilizadas suelen estar especialmente
diseñadas y moldeadas. De este modo se garantiza que no tengan fisuras en los lugares
donde están en contacto con el fluido para distintos campos de valores de presión y
temperatura de proceso. Préstese especial atención a los aspectos siguientes:
• las superficies de las juntas en contacto directo con el producto deben ser lo más
pequeñas posible,
• todas las juntas en contacto directo con el fluido han de poder recambiarse,
• una precarga de las juntas garantiza que estén libres de fisuras.
Conexiones a proceso
Hoy en día, en los procesos higiénicos o asépticos se emplean las conexiones a proceso
que se desarrollaron originariamente para la industria farmacéutica. Podemos citar como
ejemplo los modelos asépticos de abrazadera o las conexiones roscadas AVP o
Tuchenhagen. Las conexiones a proceso deben respetar los criterios siguientes:
• Emplear sólo conexiones metal a metal con compresiones definidas para las juntas.
• El dispositivo de medición debe estar bien centrado en la tubería.
• Para garantizar una limpieza óptima es importante que no haya fisuras en las
transiciones.
• Conviene que haya espacios libres tras las juntas para prevenir fisuras y salientes por la
parte que está en contacto con el producto.
• El montaje y desmontaje de los dispositivos ha de ser sencillo y rápido para poderlos
limpiar y recambiar las juntas.
• Los materiales de las juntas deben estar aprobados por la FDA o tener un certificado
equivalente.
226
Actualmente, las conexiones a proceso más comunes para los caudalímetros son:
En brida:
Las conexiones a proceso en brida son las más habituales. Sin embargo, desde un punto
de vista higiénico, no suelen resultar satisfactorias pues es imposible controlar la
deformación de la junta.
Entre bridas (modelo “sandwich”):
Las conexiones entre bridas se emplearon principalmente en el pasado porque eran las
más económicas. Sin embargo, en relación con el aspecto higiénico podemos decir lo
mismo que para las juntas en brida.
Conexiones a proceso según DIN 11851:
DIN 11851 es una norma estándar para conexiones a proceso en sistemas de tuberías de
la industria alimentaria. Se emplea ampliamente en este ámbito. Las pruebas efectuadas
por algunos institutos en cooperación con EHEDG han demostrado que desde un punto
de vista higiénico, este estándar ya no cumple los requisitos exigidos hoy en día. Por este
motivo, su uso ha decaído.
Conexiones roscadas SMS:
La conexión roscada SMS se emplea principalmente en Francia y su diseño es comparable
al DIN 11851.
Conexiones de abrazadera (por ejemplo, Tri Clamp, ISO Clamp):
Con las conexiones de abrazadera se emplea una junta moldeada. De este modo, la
formación de la junta está más controlada y la situación higiénica mejora. Las conexiones
de abrazadera se suelen preferir porque los instrumentos se pueden instalar y retirar con
rapidez y sin necesidad de herramientas.
Fig. 126: Ejemplos de nuevas conexiones roscadas según DIN 11864.
227
Nuevas conexiones (por ejemplo, Varivent, APV):

Debido a la insatisfactoria situación en relación con la higiene de las conexiones a proceso,
diversos fabricantes, junto con algunos institutos de investigación y la EHEDG, han
desarrollado nuevas conexiones a proceso roscadas. En estas conexiones se da forma a la
junta de un modo controlado. De este modo se ha conseguido reducir mucho los
problemas de deformaciones divergentes por cambios de presión y temperatura.
Sobre la base de esta nueva construcción se ha esbozado la nueva norma estándar DIN
11864, que sustituirá la DIN 11851.
Con la mayoría de dispositivos de medición no es fácil para el usuario reconocer si los
instrumentos satisfacen los requisitos de equipo higiénico. Ayuda el hecho de disponer de
pruebas o certificados de instituciones independientes, por ejemplo las pruebas de la
EHEDG y el certificado 3-A. Los caudalímetros de E+H, por ejemplo, cumplen estos
requisitos altamente técnicos e higiénicos en todos los aspectos. Por su gran precisión,
estos dispositivos robustos y de fácil operatividad proporcionan una importante
contribución al procesamiento de alimentos eficiente a coste razonable.
Además de estas cuestiones generales, cada principio de medición de caudal presenta sus
propias ventajas y desventajas respecto a los procesos higiénicos. Obsérvese que hay un
cierto grado de solapamiento entre los comentarios que vienen a continuación y los del
Capítulo 3:
Caudalímetros volumétricos de desplazamiento positivo (caudalímetros PD)

Hay muchos modelos distintos de caudalímetros volumétricos, o caudalímetros de
desplazamiento positivo (véase la página 78 y sig.). En estos caudalímetros, las partes en
contacto con el fluido suelen ser de acero inoxidable de alta calidad, y hay una amplia
variedad de modelos. Sin embargo, en la práctica, la limpieza de estos dispositivos
requiere desmontar el sistema de cámaras de desplazamiento, lo cual puede llevar
bastante tiempo.
Características generales:
• Gran exactitud y repetibilidad excelente incluso a bajo caudal
• Relativamente inmunes a los cambios de la viscosidad
• No requieren fuente de alimentación
• Probados y comprobados, amplia variedad de modelos
• No presentan requisitos de instalación de tramos rectos
Inconvenientes:
• Los contadores PD tienen una gran cantidad de partes móviles que requieren
mantenimiento y recalibrado.
• Los modelos de contadores PD higiénicos pueden ser caros.
• Los contadores PD crean pérdidas de carga.
• Los contadores PD no son adecuados para fluidos con partículas sólidas intrusas.
• Un bloqueo del contador o algún fallo mecánico podría parar el proceso.
• Estos contadores no se pueden limpiar a cepillo.
228
Contadores de turbina
Se dispone de diversos modelos higiénicos de contadores de turbina con partes en
contacto con el fluido de acero inoxidable que se pueden obtener a un precio razonable.
Estos contadores pueden limpiarse en el mismo lugar de trabajo.
• Gran exactitud, repetibilidad muy alta
• Respuesta rápida a los cambios de caudal
• Fáciles de instalar
• Sencillos y con buena relación coste-efectividad
Inconvenientes:
• Presentan partes móviles, que se desgastan, requieren un calibrado regular.
• Sólo útiles con fluidos de baja viscosidad.
• Los fallos de componentes internos pueden contaminar el producto.
• Son contadores sensibles a instalación.
• Estos contadores no se pueden limpiar a cepillo.
Los caudalímetros electromagnéticos se emplean a menudo en diversas aplicaciones de la
industria alimentaria. Las partes en contacto con el fluido de este tipo de contadores
empleados en aplicaciones higiénicas son en general de PFA o PTFE moldeados por
inyección. Para los electrodos se utiliza acero inoxidable u otros metales nobles. Los
caudalímetros electromagnéticos modernos se diseñan por módulos, de modo que
permiten una amplia gama de acoplamientos higiénicos fácilmente adaptables. Estos
contadores presentan la ventaja significativa de poder ser limpiados en el lugar de trabajo
con fluidos calientes o con vapor a temperaturas de hasta 180 °C (355 °F).
• Sin partes móviles
• No restringen el paso del fluido
• Exactitud y repetibilidad buenas
• Gran variedad de tamaños
• Puede medir fluidos altamente viscosos y con contenidos sólidos
• Pueden limpiarse y rociarse con vapor en el mismo lugar de trabajo.
Inconvenientes:
• La conductividad del fluido ha de ser superior a 1µS/cm.
• Si emplean cerámica como material de revestimiento, ésta puede fallar al cabo de un
tiempo por la exposición repetida a cambios de temperatura durante los proceso de
rociado con vapor.
• Estos contadores sólo funcionan correctamente si la tubería está completamente llena.
• Desde un punto de vista higiénico, el sistema de juntas entre el revestimientos, los
acoplamientos y los electrodos es crítico (Fig. 127). Un certificado EHEDG es el modo
correcto de demostrar la higienidad del modelo.
229
Ra 0,3 Ra 0,8
Fig. 127: Sección transversal de un sensor electromagnético diseñado por E+H específicamente para la
industria alimentaria. Ra = Rugosidad de la superficie.
Caudalímetros másicos Coriolis

Los caudalímetros másicos Coriolis son muy populares en la industria alimentaria.
Proporcionan una medición de masa directa bastante exacta, que es lo que normalmente
se busca en la industria alimentaria. Además de registrar la masa, los sensores modernos
también disponen de salidas para la densidad y la temperatura, y algunos pueden incluso
medir viscosidades (véase la página 248). En sistemas higiénicos, estos caudalímetros
multisensor resultan muy útiles porque reducen las interrupciones de tubería (reducción
del número de juntas). A menudo, los caudalímetros másicos Coriolis ofrecen un concepto
de montaje modular con una amplia gama de acoplamientos higiénicos. Los sensores están
perfectamente preparados para procesos de limpieza (CIP) y esterilización (SIP). Todas las
partes en contacto con el fluido son de acero inoxidable u otros materiales aceptados para
la industria alimentaria.
• Medición directa del caudal másico
• Posibilidad de salidas de densidad y temperatura
• No presentan requisitos de instalación de tramos rectos (entradas/salidas)
• Pueden medir fluidos viscosos y con contenidos sólidos
• Gran precisión y buena rangeabilidad
• Sin partes móviles.
Inconvenientes:
• La mayor parte de contadores de este tipo disponibles no se pueden limpiar a cepillo
porque los tubos del sensor son demasiado pequeños (aunque algunos contadores
tienen un único tubo de medición recto).
230
• Según el modelo, no todos los contadores son completamente autodrenables.

• Algunos modelos presentan requisitos mecánicos especiales de instalación como, por
ejemplo, soportes de montaje y amortiguadores de vibraciones de la tubería.
Caudalímetros Vortex
Los caudalímetros Vortex se emplean en la industria alimentaria principalmente para
aplicaciones de servicio, por lo que el diseño de las partes en contacto con el fluido no es
crítico. El principal ámbito de aplicación es la medición de caudal de vapor, por ejemplo,
en procesos de calentamiento o esterilización. Si el caudalímetro Vortex se emplea
efectivamente para medir caudal de un producto alimentario, hay que tener muy en
cuenta el modelo del sensor. En la mayoría de los casos hay huecos o agujeros en la zona
del sensor y obstáculos sólidos que podrían no ser visibles a primera vista. Los
caudalímetros Vortex resisten típicamente las altas temperaturas y presiones de los
procesos de limpieza (CIP) y esterilización (SIP) en sitio y suelen estar disponibles en
materiales resistentes a la corrosión y adecuados para el procesamiento de alimentos.
• Son universales; sirven para gases, líquidos y vapor
• De bajo coste
• Buena precisión: ±0,75% valor leído con líquidos (Re > 20.000), ±1% valor leído con
gases
Inconvenientes:
• El modelo de sensor no debe tener huecos ni agujeros
• La formación y desprendimiento de vórtices requiere una velocidad del fluido mínima
• Los líquidos han de ser poco viscosos
• Su precisión es reducida para Re < 20.000
Caudalímetros ultrasónicos
Los caudalímetros por ultrasonidos no tienen una gran difusión en la industria alimentaria
porque ofrecen menor precisión en comparación con otros caudalímetros basados en
principios de medición modernos (sobre todo con tipos de sensores no invasivos). Si la
precisión no es el parámetro más importante, los caudalímetros de ultrasonidos de fijación
externa son claramente mejores desde el punto de vista higiénico. Los contadores se
pueden instalar en el exterior de una tubería sin alterar en absoluto el sistema de tuberías.
No hay nada en contacto con el fluido y no se necesitan juntas.
Las características principales de los contadores de ultrasonidos son:

• Medición no invasiva con contadores de fijación externa.
• No tienen partes móviles.
• El líquido no ha de ser conductor.
• No restringen el paso del fluido
• Pueden limpiarse y rociarse con vapor en el mismo lugar de trabajo.
231
Los puntos principales que hay que considerar son:

• Precisión baja para los contadores de tipos de fijación externa.
• Requieren tramos largos de tubos rectos en las entradas y salidas para una medición
precisa.
• Los líquidos limpios y los líquidos con alto contenido en partículas sólidas requieren
tratamientos distintos.
• Tanto el fluido como la tubería han de permitir la transmisión de las ondas de
ultrasonidos (para equipos de fijación externa).
Requisitos de higiene – tabla comparativa de todos los tipos de contadores
Tipo de contador/ Facilidad de Autodrenaje Propiedades del fluido ¿Partes móviles?

Principio de medición limpieza
Contadores PD Necesita Critico Sólo líquidos sin Sí

desmontaje partículas sólidas
Contadores de sección CIP/SIP, Sí No partículas sólidas Sí

variable a cepillo (según instalación)
Caudalímetros elec- CIP/SIP, Sí Sólo líquidos No

tromagnéticos a cepillo (según instalación) conductores
Coriolis (caudal CIP/SIP, Sí Según modelo No

másico) sin cepillo (según modelo e (no para partículas
instalación) grandes)
Contadores por ultra- CIP/SIP, Sí Propiedades de amor- No

sonidos a cepillo tiguamiento críticas
(según modelo)
Contadores de turbina CIP/SIP Sí Sólo líquidos de baja Sí

(crítica), (según instalación) viscosidad sin partícu-
a cepillo las sólidas
Caudalímetros CIP/SIP Sí Preferiblemente para No

Vortex (crítica), gases y vapor
sin cepillo
232
E+H Medición de caudal Aplicaciones farmacéuticas
Aplicaciones farmacéuticas
La medición de caudal es de gran importancia en procesos farmacéuticos y se incluye
siempre en la lista de “Instrumentos críticos para el producto”. Según la guía práctica del
buen proceder, Good Practice Guide (GAMP), un instrumento crítico para el producto es
un instrumento cuyo fallo puede tener efectos directos sobre la calidad del producto.
El uso de caudalímetros es habitual en varios circuitos de control a lo largo de cualquier
proceso farmacéutico. Podemos mencionar como ejemplos los procesos aguas arriba, la
preparación del fluido, la dosificación por lotes, los anillos de distribución de agua
purificada WFI, la cromatografía en fase líquida a alta presión (HPLC, High Pressure Liquid
Cromatography), la dosificación precisa y muchas otras aplicaciones aguas abajo del
proceso. La correcta ejecución de los caudalímetros tiene que estar asegurada incluso en
caso de microcaudales.
Esta sección detalla y describe las diferentes características que han de poseer los
caudalímetros para cumplir con los requisitos de las industrias farmacéutica,
biotecnológica, de laboratorios varios y de cosmética.
• Todos los materiales que vayan a estar en contacto con el fluido han de pertenecer a la
lista elaborada por FDA (Food and Drug Administration). Ello involucra tanto los aceros
inoxidables como los polímeros, los aceites de llenado o cualesquiera otros tipos de
materiales distintos que vayan a estar en contacto con el fluido de proceso. Se pueden
hallar referencias a este aspecto en el punto 21 del Código de Regulación Federal (CFR),
parte 177 (CFR: Código de Regulación Federal, o en inglés Code of Federal Regulation).
• En algunas aplicaciones de biotecnología, el contenido en óxido de hierro de las partes
en contacto con el fluido ha de ser inferior a 0,5% para evitar que se produzcan
fenómenos de corrosión. La norma de referencia en este caso es la BN2 (Basler Norm),
que describe los requisitos que se deben cumplir sobre el empleo de acero inoxidable
para conseguir la mejor protección posible contra la corrosión. Aquí, es imprescindible
el material 1.4435 (317L SS). También se mencionan los materiales de soldadura
(1.4439, 1.4440 o 1.4453) que evitarán aumentar la ferrita en la junta de soldadura.
• La rugosidad de las partes en contacto con el fluido ha de ser de 0,8 µm como máximo
según la norma, que corresponde al estándar de esterilidad 3A2. Opcionalmente, la
rugosidad también habrá de cumplir con el estándar de esterilidad 3A3 (que es 0,4 µm).
• Con el dispositivo se han de proporcionar también los materiales certificados según la
norma EN 10204. El documento 31B es el certificado de inspección. Este certificado es
específico para cada dispositivo o serie de dispositivos idénticos. El documento 2.2 es
el denominado informe de verificación y no es específico para un instrumento. Un
mismo informe de verificación 2.2 vale para distintos productos materiales.
• Concepto 3-A: Las normas estándar 3-A proporcionan criterios sanitarios (higiénicos)
para los materiales de uso, el diseño, la fabricación, las facilidades de limpieza y, si
procede, la instalación de equipamiento y maquinaria. Los comités de desarrollo de las
233
Aplicaciones farmacéuticas E+H Medición de caudal
normas estándar 3-A elaboran documentos con la participación activa de grupos de

interesados en representación de las oficinas de control regulatorio, de los procesadores
(usuarios) y de los suministradores de equipamiento y maquinaria. Estos grupos de
observadores revisan (y si procede, aprueban) las normas estándar propuestas. Sólo tras
la aceptación de los estándares por parte de los tres grupos de observadores es posible
pedir una certificación VPV (Thrid Party Verification) y obtener la autorización para
utilizar el símbolo 3-A.
• Certificado EHEDG: con el cada vez mayor interés público por la higiene alimentaria,
los productores de alimentos desean incrementar la seguridad de sus productos. La
Comunidad Europea elabora legislaciones en torno a los diseños higiénicos de la
maquinaria de fabricación de productos alimentarios. Este es un método para evaluar
las facilidades de limpieza en sitio de los equipos de proceso. El Grupo europeo de
diseño de equipamiento higiénico (EHEDG: European Hygienic Equipment Design
Group) tiene como finalidad conducir este objetivo desde una sólida base científica y
tecnológica. Hay pocas normas estándares internacionales y la situación hoy en día es
que el certificado EHEDG está también reconocido y cada vez más demandado en
Norteamérica.
• Las conexiones a proceso de un caudalímetro han de ser higiénicas, sanitarias, asépticas
o estériles. E+H ha dirigido la elaboración de un estudio de ámbito mundial que le ha
permitido conocer la situación acerca de los diferentes estándares empleados en todo el
mundo. Así, un criterio fundamental a tener en cuenta al seleccionar una conexión a
proceso es que evite zonas que favorezcan la reproducción de bacterias. Pregúntese
siempre al suministrador si puede proporcionar la información justa para la selección de
una conexión a proceso adecuada.
• Junto con el caudalímetro debería suministrarse la documentación relevante para las
fases de calificación de instalación, o IQ (Installation Qualification), y calificación
operativa, u OQ (Operational Qualification), del Plan General de Validación (Validation
Master Plan). En caso de necesidad, los fabricantes especializados deberían poder
participar en la fase de calificación del diseño, o DQ (Design Qualification). Sus técnicos
deberían estar formados en los procedimientos de fabricación acreditados (Good
Manufacturing Practices, GMP) y ser capaces de calibrar los instrumentos según los
procedimientos operativos normalizados (Standard Operating Procedures (SOP) del
cliente. A menudo, el fabricante puede proporcionar los SOP con el caudalímetro a
demanda. Los SOP de E+H, por ejemplo, están escritos de acuerdo con las
recomendaciones de la guía práctica del buen proceder (GAMP): Calibration
Management Module (enero de 2002), Calibration Management Module.
• Con cada caudalímetro debería suministrarse sistemáticamente un protocolo de
calibración de acuerdo con las condiciones de proceso de la Especificación de los
requisitos de usuario (URS=User Requirement Specification).
• Punto 21 del CFR, parte 11 / Firmas electrónicas y registros electrónicos: Las personas
que utilizan sistemas cerrados para crear, modificar, almacenar o transmitir registros
234
E+H Medición de caudal Aplicaciones farmacéuticas
electrónicos deberán emplear procedimientos y controles que aseguren la autenticidad

y la integridad de los registros. Si procede, también serán necesarios sistemas que
aseguren la confidencialidad de los registros electrónicos y la garantía de que el firmante
no pueda rechazar arbitrariamente los registros firmados como no genuinos. Estos
procedimientos y controles deben incluir los aspectos siguientes:
– Validación de los sistemas que garantice exactitud, fiabilidad, ejecución consistente
y capacidad de discernimiento de registros no válidos o alterados.
– Capacidad para generar copias de registros exactas y completas, tanto en formatos
legibles por humanos como en formatos electrónicos aptos para su examen, revisión
y copiado.
– Protección de registros que permita su obtención exacta e inmediata durante todo el
intervalo de retención de los mismos.
– Acceso limitado al sistema sólo a personas autorizadas.
– Empleo de indicadores de control con marca temporal de seguridad generados por
computador para el registro independiente de la fecha y la hora de las entradas y
acciones del operario sobre creación, modificación o borrado electrónico de registros.
– Comprobaciones funcionales del sistema para imponer las secuenciaciones
permitidas de las fases y eventos adecuados.
– Verificaciones de autorización para garantizar que sólo los individuos autorizados
puedan utilizar el sistema, firmar registros electrónicos, acceder al dispositivo de
entrada/salida del sistema operativo o del ordenador, alterar un registro o ejecutar la
operación manualmente.
– Comprobaciones del dispositivo (por ejemplo, los bornes terminales) para determinar
la validez del origen de las entradas de datos o las instrucciones operativas.
– Determinación de la adecuada formación, preparación y experiencia del personal que
se encarga de desarrollar, mantener y utilizar registros electrónicos y sistemas de
firma electrónica para llevar a cabo sus tareas.
– Establecimiento y aceptación de normas por escrito que vinculen la responsabilidad
de los individuos con acciones de impedimento de registros o falsificación de firmas
digitales iniciadas bajo su firma electrónica.
– Uso de controles apropiados sobre la documentación de los sistemas.
– Cada firma electrónica será única para cada individuo y no se reutilizará. La
organización verificará la identidad del individuo.
Todas estas constataciones y características documentadas son de máxima importancia

para la industria farmacéutica y para todas las “industrias reguladas”.
235
Medición de energía E+H Medición de caudal
Medición de energía
Las centrales generadoras de energía industrial y los sistemas de calefacción por distrito
generan y distribuyen calor en grandes cantidades. Los costes de generación son elevados
y representan una proporción enorme de los gastos generales en muchos procesos. Por
este motivo van adquiriendo cada vez más relevancia en las transacciones comerciales los
sistemas de medición de energía fiables, prácticos y precisos.
Los sistemas de generación de energía modernos son muy sofisticados y variados, y
requieren puntos de toma de medidas para un control fiable. El método de medición se
aplica igualmente a sistemas de calefacción como de refrigeración. El principio básico es
el mismo para ambos, pero los sistemas de refrigeración, al contrario que los sistemas de
calefacción, se caracterizan en general por caudales volumétricos grandes y diferencias de
temperatura pequeñas. A su vez, esto demanda mayores exigencias de precisión en las
mediciones de temperatura.
T1 230V
230V
Q T2
Fig. 128: Sistema de medición para registro de salida de energía calórica (por ejemplo, en usos
domésticos). T1 = Temperatura del fluido, T2 = Temperatura de referencia, Q = Caudalímetro.
Arriba: Computador de energía.
El sistema de medición
Un punto de medición de energía consta de un caudalímetro volumétrico, dos sondas de
temperatura y un computador de energía (véase la Fig. 128). Los contadores utilizados en
centrales a gran escala suelen ser caudalímetros magnéticos o ultrasónicos. Si en el sistema
prevalecen las temperaturas altas, a veces se eligen caudalímetros Vortex o de presión
236
E+H Medición de caudal Medición de energía
diferencial. En instalaciones de distrito de calefacciones local, se eligen contadores

magnéticos.
La precisión con que se mide la diferencia de temperatura entre el caudal y el retorno es
crucial para la precisión global del sistema. Por ello, es muy importante un buen
“emparejamiento” entre las dos sondas de temperatura del proceso general de
producción.
Además de ofrecer una gran precisión, los contadores de energía a menudo son adecuados
para aplicaciones de custody transfer (facturación) y disponen de múltiples salidas
analógicas y de relé. La energía se calcula a partir de las propiedades de la sustancia fluida
por la que circula el calor. Tanto la densidad como la capacidad calorífica específica
(entalpía) del fluido portador del flujo calórico son dependientes de la temperatura y están
codificados en forma de tablas o de funciones polinómicas en la memoria de cada
procesador. De este modo, los componentes individuales pueden trabajar
interdependientemente con los demás y alcanzarse así los altos niveles de exigencia.
Cálculo de la energía
El volumen y la temperatura del fluido y la temperatura de referencia son las variables
utilizadas para calcular la cantidad de energía según la fórmula que se muestra más abajo.
La energía se calcula por integración de la cantidad de calor respecto al tiempo (energía =
cantidad de calor por unidad de tiempo, por ejemplo, kW/h).
H Energía
Q Caudal volumétrico
ρ (T1) Densidad del fluido a la temperatura T1
h (T1) Entalpía específica a la temperatura T1
h (T2) Entalpía específica a la temperatura T2
T1 Temperatura, caudal
T2 Temperatura, retorno
Ésta es la fórmula que emplean la mayoría de computadores de energía para calcular la

energía, y admite una expresión de dependencia funcional de la entalpía con la
temperatura. Puesto que el fluido portador del flujo calórico puede no ser necesariamente
agua, algunos fabricantes permiten también esta variación. Sin embargo, en las
aplicaciones de Custody Transfer, el agua es el único portador posible. También el caudal
másico se calcula aplicando al caudal volumétrico la densidad corregida a la temperatura
del fluido. El error alcanzable con este método de cálculo de la potencia térmica es inferior
al 0,3%.
237
Medición de energía E+H Medición de caudal
Medición del caudal

Los caudalímetros electromagnéticos son especialmente adecuados para la medición de
energía. Los contadores magnéticos de nueva generación disponen de una rangeabilidad
y una estabilidad a largo plazo excelentes. Las herramientas de generación de energía
modernas a menudo trabajan con caudales variables. Ello requiere contadores de gran
exactitud capaces de manejar amplios campos de valores del caudal. Sus exactitudes
típicas están entre 0,2 y 0,5% v.l. (según el tipo de contador) para velocidades del fluido
superiores a 0,5 m/s (1 pies/s). Los contadores magnéticos modernos pueden incluso
funcionar con velocidades del fluido de 5 cm/s (0,16 pies/s) con un error inferior a 1% v.l.
E+H afronta el inconveniente de las adherencias de magnetita con una opción
especialmente desarrollada, denominada circuito de limpieza de electrodos (CLE). Este
circuito electrónico es un medio efectivo y de larga duración de prevenir la formación de
deposiciones de magnetita en los alrededores de los electrodos. Los revestimientos
plásticos como el PFA pueden soportar temperaturas de proceso de hasta 180 °C (355 °F).
Los caudalímetros ultrasónicos también se están volviendo cada vez más populares en la
medición de energía. Las deposiciones de magnetita no causan ningún efecto en el
funcionamiento de los contadores basados en este principio. Sin embargo, ni su precisión
ni su rangeabilidad se pueden comparar con los de los contadores magnéticos. Los tipos
de contadores de camino único más económicos alcanzan exactitudes de en torno al 0,5%
v.l., pero el error de medición oscila con rapidez a velocidades del fluido por debajo de
0,5 m/s (1 pies/s).Los caudalímetros ultrasónicos de un solo recorrido (un par de sondas)
son especialmente populares como equipos compactos de bajo coste como los utilizados
en aplicaciones domésticas.
Medición de temperatura:
Es muy importante ser prudente en la etapa de planificación cuando la diferencia entre la
temperatura del fluido y la de referencia es pequeña. Asimismo, una medición incorrecta
de la temperatura en caudales volumétricos grandes puede originar grandes errores en los
cálculos de la energía. Las sondas de temperatura típicos empleados en medición de
energía van siempre por pares para garantizar que el error de medición de la temperatura
quede por debajo de 0,05 °K sobre todo el campo de valores de trabajo.
En sistemas de refrigeración encontramos a menudo diferencias de temperatura de menos
de 2 °K y las sondas para estas aplicaciones suelen alcanzar exactitudes de 0,025 °K. Una
exactitud tan elevada como ésta sólo se puede mantener si se pone gran cuidado en
asegurar que los sensores de temperatura están correctamente instalados. Un buen
aislante y varillas largas son muy importantes para evitar los efectos de la temperatura
ambiente en la medición. La ubicación, orientación y longitud correctas de la sonda
también son factores clave para la precisión de la medición.
En aplicaciones simples se han establecido sistemas a dos hilos con longitudes de cable
definidas. Requisitos de nivel superior exigen sensores de temperatura Pt -100 con
238
E+H Medición de caudal Medición de energía
cableado a cuatro hilos. La ventaja del cableado a cuatro hilos es que compensa la
resistencia del cable, de modo que no falsea los resultados de la medición.
Procesadores de energía
Los procesadores de energía sencillos tienen sólo una interfaz de usuario local para
mostrar los valores medidos y totalizadores internos. Los procesadores de este tipo se
emplean a menudo para la distribución de energía en el interior de edificios. Son de
lectura local, aunque cada vez es más común la utilización de buses en el interior de los
edificios (como por ejemplo, M-Bus), así como también la transmisión por radio local a
una sala de control central.
Los procesadores empleados para la medición de energía térmica en grandes centrales
térmicas han de proporcionar un abanico de funciones mucho más amplio, que incluyan
una función de totalización de la energía y salidas para las temperaturas del fluido y de
referencia, de la potencia térmica y del caudal. Éstas son las variables necesarias para
poder manejar y controlar con eficiencia sistemas de calefacción complejos. En
consecuencia, estos procesadores disponen de hasta cuatro salidas analógicas y de relé
para la totalización de la energía externa y la transmisión de mensajes de alarma.
Custody transfer y recertificación

Los componentes empleados para la medición de energía en aplicaciones de custody
transfer han de poder adaptarse a procesos de calibrado en transacciones comerciales. Esto
no es posible cuando el caudal energético supera los diez megavatios. No es posible
evaluar valores de potencia energética de esta magnitud porque no hay herramientas de
calibración preparadas para manejar tales condiciones. En estos casos, se espera que las
partes involucradas empleen alguna técnica de medición que satisfaga de manera óptima
los requisitos de fiabilidad y precisión.
En el resto de aplicaciones, los caudalímetros, los procesadores y las sondas de
temperatura han de ostentar la marca de certificación del instituto nacional de control de
pesos y medidas antes de poder ser verificados (calibrados) como sistema por una
autoridad de calibrado autorizada, e instalados en la planta.
239
Medición de caudal másico de gas y vapor E+H Medición de caudal
Medición de caudal másico de gas y vapor

Muchos de los caudalímetros que se describen en este manual se emplean exclusivamente
o principalmente para medir el caudal de líquidos. Sin embargo, todas las industrias
requieren alguna forma de medición de caudal de gas. Algunos ejemplos son la medición
de CO2 y N2 en alimentos y bebidas; O2, H2, Cl2 y muchos hidrocarburos en la industria
química y de gas natural para consumo. Además, casi todas las plantas industriales
disponen de redes de distribución de aire comprimido y de algún sistema de suministro
de vapor para la calefacción de plantas de proceso y edificios. En estos sistemas, el caudal
se mide con propósitos de control del procesos o facturación.
Esta sección trata las peculiaridades de la medición de caudal de gases, en particular de
aquéllas debidas a la compresibilidad del fluido. Esto excluye gases licuados –en otras
palabras, aquéllas sustancias que son gaseosas a temperatura y presión ambientes, pero
que se emplean y miden en estado líquido. Ejemplos de estos últimos incluyen
combustibles gases para automóviles (GPL), que se licúan bajo presión, y aire líquido
transportado a temperaturas muy bajas.
Tal como se comenta en la Página 138, sólo la masa define inequívoca y verificablemente
la cantidad de un fluido en circulación. Por este motivo es necesario averiguar caudales
másicos: para equilibrar, por un lado, y facturar, por el otro.
Los gases se diferencian de los líquidos en que las densidades de los primeros son
fuertemente dependientes de la presión (véase la página 37). También la temperatura
tiene un efecto mayor sobre la densidad de los gases que sobre la de los líquidos. Sin
embargo, los contadores Vortex y de turbina empleados frecuentemente con gases sólo
miden caudales volumétricos, y calculan el caudal másico como el producto del caudal
volumétrico por la densidad. Igualmente, las lecturas de presiones diferenciales obtenidas
con las placas de orificio o los tubos de Pitot no proporcionan cifras para caudales másicos
hasta que se ha multiplicado la variable principal por la raíz cuadrada de la densidad.
Volumen normalizado
A menudo, en lugar de la masa de un gas, se especifica su volumen normalizado (véase
la página 38). El volumen normalizado es el volumen que ocuparía la misma cantidad de
ese gas a una presión estándar (por ejemplo, 1 bar absoluto) y una temperatura estándar
(por ejemplo, 0 °C) definidas. Un metro cúbico estándar de aire tiene, por definición, una
masa de 1,29 kg, independientemente de cuáles sean su presión de trabajo y su
temperatura de trabajo en cualquier momento. Por ello, ambas condiciones se refieren a
la misma cantidad de aire.
Si la composición del gas es constante, su volumen normalizado es, lo mismo que su masa,
igualmente independiente de las condiciones de trabajo. El volumen normalizado es la
convención tradicionalmente preferida, sobre todo porque es más fácil de determinar. Sin
embargo, hay que prestar atención y no confundir volumen normalizado con volumen de
trabajo, pues éste es el error más habitual en las mediciones incorrectas de caudalímetros
en aplicaciones de gas.
240
E+H Medición de caudal Medición de caudal másico de gas y vapor
Mediciones de masa o de volumen normalizado de gases

Las lecturas de los caudalímetros volumétricos, como contadores Vortex, de turbina o de
presiones diferenciales, se pueden convertir directamente en caudales másicos si la
densidad del fluido es conocida.
La Figura 129 muestra un punto de toma de medidas con sensores para el caudal, la
presión y la temperatura que transmiten sus datos a un computador de caudales externo
que calcula y totaliza el caudal másico. La memoria del procesador contiene fórmulas y
tablas que describen las relaciones entre la presión, la temperatura y la densidad para
diversos gases. Los principios del cálculo para gases ideales y reales se describen en detalle
en la Página 37 y sig. Un procesador equipado con una pantalla de monitorización
posibilita además el manejo del contador por control remoto, por ejemplo, desde una sala
de control. Los computadores de caudal van provistos normalmente de más salidas que
los equipos de campo convencionales.
Por otra parte, el caudal másico o el caudal volumétrico normalizado se pueden calcular
desde un sistema de instrumentación y control central en lugar de desde un computador
de caudal local. En una configuración de esta naturaleza, las ecuaciones para el cálculo se
hallan almacenadas en el sistema, junto con los datos de configuración de los contadores
conectados al sistema.
Esc
- + E
Q p T
Fig. 129: El computador de caudal RMS 621 de E+H calcula el caudal másico de gas a partir de la
medición de las variables primarias del caudal volumétrico (Q), la presión de proceso (p) y la temperatura
de proceso (T).
Recientemente se han desarrollado nuevos transmisores multivariables para

caudalímetros de presiones diferenciales y Vortex que pueden medir la temperatura como
variables de proceso, además de la variable primaria; en algunos casos permiten incluso
241
Medición de caudal másico de gas y vapor E+H Medición de caudal
medir la presión de proceso, de modo que estos transmisores disponen de las herramientas
necesarias integradas para medir cantidades en masa.
Equipos con buses de campo:
Los equipos con buses de campo también ofrecen la opción de calcular el caudal másico
a partir del caudal volumétrico medido y compensado con las variables de presión y
temperatura de proceso obtenidas desde el bus de campo. En este caso, sin embargo, es
preciso conocer con gran exactitud las condiciones de proceso en el contador para obtener
un valor de la masa de caudal volumétrico normalizado fiable. Por ejemplo, se puede
obtener un sesgo significativo si al calcular el caudal másico se emplea una presión de
proceso medida en algún punto del sistema lejos del contador.
Condiciones de proceso constantes:
En aplicaciones con condiciones de proceso constantes, a veces es posible medir
volúmenes sin necesidad de compensación, y asumir que la facturación o el balance se
basan en condiciones de proceso conocidas que se mantienen invariables por todo el
sistema. En el resto de casos no hay más opción que convertir la variable primaria medida
a caudal másico para garantizar balances razonables o corregir costes de facturación.
Medición de vapor
Muchas ramas de la industria de hoy en día emplean vapor para transportar energía
térmica. El vapor se puede generar de manera fácil y económica. No es tóxico y tiene un
impacto medioambiental bajo; posee una capacidad calorífica excelente y propiedades
sobresalientes como medio para el transporte de energía térmica; y por diversas razones,
se emplea en la industria mayoritariamente en forma de vapor saturado:
• El vapor saturado es particularmente fácil de generar; los sobrecalentamientos
requieren equipamiento especial.
• El vapor saturado tiene una capacidad calorífica específica superior que el vapor
sobrecalentado.
• El vapor saturado ofrece mejores propiedades de transferencia de calor en un
intercambiador de calor.
• La transferencia de calor en un intercambiador de calor calentado con vapor saturado
se lleva a cabo a temperatura constante, sólo le influye la presión y la cantidad de calor
consumida se mantiene constante en un amplio campo de valores.
El vapor saturado, en un sentido físico, corresponde a una, y sólo una, temperatura para
una presión determinada. La curva de saturación de vapor (véase el diagrama de Mollier
de la Página 420) muestra una temperatura de 100 °C para una presión absoluta de 1 bar
(212 °F a 14,5 psia), y aproximadamente 200 °C para una presión de 15 bar (390 °F a
217 psi). De ello se sigue que una cualquiera de las dos variables de proceso, la presión o
la temperatura, basta para definir la condición de vapor saturado; la otra siempre se puede
deducir a partir de la curva de saturación de vapor.
242
E+H Medición de caudal Medición de caudal másico de gas y vapor
Como en el caso de los gases, a menudo no basta con una simple medición del volumen
de vapor que circula por un sistema. Tanto el diseño de los sistemas como el recuento de
caudal para facturación se basan, en general, en unidades de masa, y sólo en ocasiones se
usa el caudal de energía directamente. Cada vez resulta más importante una medición de
vapor exacta porque se pueden ahorrar grandes cantidades de energía con controles de
proceso mejorados, detección de fugas y recuento de coste de caudal para cada usuario.
Los contadores de vapor han de ser robustos porque las temperaturas en los sistemas de
vapor son altas y suelen estar sometidas a fluctuaciones. En particular, en la fase de puesta
en marcha de una planta de proceso pueden producirse “golpes de ariete”, por ejemplo,
por condensación de residuos acuosos en las tuberías mientras el sistema estaba cerrado.
Las deposiciones de magnetita y de partículas de suciedad, por ejemplo, herrumbre por
oxidación, son otras amenazas con las que a menudo se enfrentan las redes de distribución
de vapor.
Hoy en día, el vapor se mide habitualmente con caudalímetros Vortex o de presión
diferencial. El principio de medición que se vaya a emplear en cada caso dependerá de los
diversos factores y condiciones, por ejemplo, el diámetro nominal, la rangeabilidad
requerida o la experiencia del operario de planta con un determinado principio de
medición.
Algunos caudalímetros Vortex modernos se suelen completar con sensores de
temperatura integrados, y en aplicaciones de vapor saturado pueden proporcionar el
caudal de masa directamente, sin necesidad de otro tipos de sensores ni de equipamiento
adicional, y son muy fáciles de manejar. Estos contadores resultan económicos tanto en
términos de inversión inicial como de instalación, no requieren mantenimiento y son
duraderos.
243
Medición de densidad (Principio Coriolis) E+H Medición de caudal
Medición de densidad (Principio Coriolis)

En muchos ámbitos de la ingeniería de procesos, la densidad del fluido es un parámetro
importante y a menudo crucial tanto para un control de la calidad del producto como para
el control de proceso. Si la densidad del fluido es conocida, es posible estimar otros
parámetros, en particular para cálculos especiales como por ejemplo los que se mencionan
en la lista siguiente:
• Cálculo del valor de la densidad con compensación de temperatura (densidad
normalizada)
• Cálculo del porcentaje proporcional de sustancia en fluidos de dos fases
(concentraciones)
• Conversión de la densidad del fluido medida a unidades de densidad especiales (°Brix,
°Baumé, °API, etc.)
Frecuencia de resonancia para medir densidades

En la Figura 130 se ilustra el hecho de que la frecuencia de resonancia de un muelle de
acero que oscila depende directamente de la densidad del material del cuerpo sujeto al
muelle. Aunque ambos cuerpos (A = agua, B = mercurio) ocupan el mismo volumen,
poseen densidades distintas y, por lo tanto, la oscilación de los muelles correspondientes,
es decir, sus frecuencias de resonancia son diferentes.
A B
f1
ρ1
H2O (10 g) f2
ρ2
Hg (135 g)
Fig. 130: Utilización de las frecuencias de resonancia para medir densidad. Cuerpos de densidades
distintas (ρ1, ρ2 ) y volúmenes iguales (agua = 1,0 g/cm3, mercurio = 13,5 g/cm3) dan lugar a frecuencias
de oscilación diferentes (f1, f2 ) en un mismo muelle de acero.
244
E+H Medición de caudal Medición de densidad (Principio Coriolis)
La analogía del experimento con los muelles de acero descrito se puede aplicar
directamente a los caudalímetros Coriolis (véase la página 138 y sig.). Los tubos de
medición por los que el fluido circula oscilan constantemente según sus frecuencias de
resonancia (Fig. 131). La frecuencia de resonancia es la frecuencia a la que los tubos de
medición oscilan con “mayor facilidad”. Cualquier cambio en la densidad del fluido
provocará el correspondiente cambio en la frecuencia de resonancia de todo el sistema
vibratorio (el tubo de medición y el fluido). La frecuencia de resonancia es una función de
la densidad del fluido –cuanto mayor sea la densidad, menor será la frecuencia de
resonancia. Así, una sustancia como el mercurio tiene una frecuencia de resonancia
mucho menor que el agua.
f1 f2
ρ1 ρ1 ρ2 ρ2
fR ~ ρFL
Fig. 131: Medición de densidad con caudalímetros Coriolis. La frecuencia de resonancia (f1 ≠ f2 ) de los
tubos de medición depende directamente de la densidad del fluido (ρ1 ≠ ρ2 ).
245
Medición de densidad (Principio Coriolis) E+H Medición de caudal
La medición de densidad con un caudalímetro Coriolis consiste, pues, en una simple

medición de frecuencia que – con la ayuda de un microprocesador y las constantes
calculadas por calibración – se convierte en una señal de densidad. Para la calibración de
densidades se emplean varios fluidos, cuyo uso depende de la temperatura de la
aplicación. De este modo, se pueden alcanzar exactitudes de hasta ±1 g/l en un amplio
campo de valores de densidad y temperatura.
También se mide la temperatura del tubo del sensor para compensar efectos de
temperatura no deseados. Esta señal corresponde a la temperatura del fluido o producto y
se puede obtener como una variable de medición más.
Funciones de densidad
Los caudalímetros Coriolis pueden registrar simultáneamente el caudal másico, la
densidad del fluido y la temperatura del fluido. A partir de esta información se pueden
calcular otras variables como el caudal volumétrico, y más en particular, valores de
densidad específicos con la ayuda de las así llamadas “funciones de densidad”. Los
caudalímetros Coriolis de E+H pueden calcular densidades en los niveles de escala
siguientes.
Densidad normalizada:
En muchos casos, los valores de densidad se obtienen por cálculo matemático a partir de
las densidades normalizadas. A partir de la densidad normalizada se puede hallar la
densidad correspondiente a cualquier temperatura de referencia específica. De este modo
se pueden comparar mediciones de densidades a diferentes temperaturas. Por supuesto,
antes de emprender cálculos de esta naturaleza es necesario conocer algunas propiedades
del fluido (por ejemplo, el coeficiente de dilatación volumétrica). La densidad normalizada
se calcula del modo siguiente:
ρN = ρ ⋅ (1 + α ⋅ ∆t + β ⋅ ∆t2); donde ∆t = t – tN
ρN Densidad normalizada
ρ Densidad del fluido medida
T Temperatura del fluido medida
tN Temperatura normalizada, temperatura a la cual se calcula la densidad normalizada
(por ejemplo, a una temperatura de 15 °C)
α Coeficiente lineal de dilatación volumétrica del fluido.
Unidades = [1/K]; K = Kelvin
β Coeficiente cuadrático de dilatación volumétrica del fluido. Unidades = [1/K];
K = Kelvin
Grados Brix:
La industria de procesamiento de azúcares emplea diversos tipos de densidades
normalizadas aproximadamente entre los campos de valores de 1,00 a 1,45 kg/l para
determinar el contenido en azúcar de algunos fluidos como los zumos de frutas. El
246
E+H Medición de caudal Medición de densidad (Principio Coriolis)
contenido en sacarosa de una solución acuosa que no contenga sustancias sólidas se

representa sobre una escala de 0° a 100° Brix. El número de grados Brix obtenidos de este
modo con los caudalímetros Coriolis permite mantener permanentemente una
supervisión de la calidad del producto (el contenido en azúcar), sin necesidad de
interrumpir el proceso.
Grados Plato:
La industria cervecera expresa la gradación específica de un mosto original de cerveza en
unas unidades de medida conocidas como °Plato. En Alemania, por ejemplo, la mayoría
de cervezas se fermentan a partir de un mosto con 11 a
16° Plato y con un contenido en alcohol de 4,5 a 5,5 % en volumen. Puesto que la calidad
del mosto original depende de la densidad, un caudalímetro Coriolis se puede emplear
para calcular la gradación original y obtener la señal de salida correspondiente.
Grados Baumé:
La densidad también se puede medir en la escala Baumé, que alcanza de 0° a
100 °Baumé. Su expresión matemática también se deduce a partir de la densidad
normalizada. Este modo de expresar la densidad se emplea principalmente para soluciones
ácidas como cloruro de hierro. De hecho, actualmente hay dos escalas Baumé en uso,
según la densidad del ácido:
• °BAUME > 1 kg/l → para disoluciones más pesadas que el agua
• °BAUME < 1 kg/l → para disoluciones más ligeras que el agua
Grados API:
La industria petroquímica emplea la escala del Instituto Americano del Petróleo para
expresar la densidad de los productos aceitosos líquidos y de fluidos con contenido en
aceites. Según esta escala las sustancias de este tipo se clasifican en los diversos grupos
siguientes:
• Valores en torno a 10 °API → Aceites pesados (densidades específicas parecidas a la
del agua)
• Valores en torno a 30 °API → Aceites ligeros
Tablas para alcoholes:
En muchos casos prácticos se han elaborado tablas que relacionan entre sí distintas
propiedades de los fluidos. Un ejemplo es la concentración de líquido de proceso como
función de la temperatura de proceso y la densidad. Estas relaciones se emplean, por
ejemplo, en mediciones de fluidos alcohólicos. Los caudalímetros Coriolis pueden así
almacenar cualquier tabla de este tipo, ya sea por introducción de puntos de interpolación
o bien por introducción de “coeficientes polinómicos”, y utilizar relaciones matemáticas
entre concentración, densidad y temperatura en forma de ecuaciones polinómicas para un
mejor control.
247
Medición de viscosidad (Principio Coriolis) E+H Medición de caudal
Medición de viscosidad (Principio Coriolis)

La tendencia hacia la obtención de una mayor eficiencia de procesos, la aplicación de
requisitos más estrictos de calidad y protección de la maquinaria de planta incrementan la
necesidad de muchas empresas de perseguir una mayor cantidad de variables de proceso.
Así, la demanda de técnicas de medición “multivariables” que permitan medir diversas
variables de proceso simultáneamente sin sensores adicionales va en aumento.
La viscosidad, igual que la densidad (véase la página 244), es una propiedad importante
del fluido y un buen indicador de la estabilidad de los procesos. Este parámetro permite
llevar un control de la calidad del producto y los cambios en el proceso. La posibilidad de
llevar a cabo mediciones de la viscosidad en línea durante el proceso permite a los
fabricantes efectuar ajustes en el proceso inmediatamente.
Promass 83 I de E+H es un caudalímetro másico Coriolis capaz de medir cuatro variables
de proceso importantes simultáneamente, y ello sin ofrecer inconvenientes de instalación:
el caudal másico, la densidad, la temperatura y la viscosidad.
1 2
c b
1
2
Fig. 132: Medición de la viscosidad con el caudalímetro másico Coriolis Promass I:

El movimiento de torsión del tubo de medición ejerce tensiones cortantes en el fluido que provocan una
amortiguación de la oscilación del tubo de medición que es función de la viscosidad del fluido. Por ello,
un aumento correspondiente de la potencia de excitación es una medida de la viscosidad.
1 = Péndulo, 2 = Tubo de medición; a = Movimiento de translación del tubo de medición,
b = Movimiento de torsión del péndulo, c = Movimiento de torsión del tubo de medición
248
E+H Medición de caudal Medición de viscosidad (Principio Coriolis)
Principio de medición (Fig. 132)

El caudalímetro másico Promass I, empleado para la medición de viscosidad, consiste en
un único tubo de medición recto. Promass I funciona con el sistema patentado TMBTM
(véase la página 143) para conseguir un balance y un aislamiento de vibraciones externas
óptimos. Un péndulo montado sobre el tubo de medición genera en el tubo de medición
un movimiento de torsión adicional. Este movimiento de torsión ejerce un esfuerzo
cortante (“shear stress”) en el fluido. El esfuerzo cortante en el fluido origina un perfil de
velocidades en toda la sección transversal de la tubería. El perfil de velocidades es un
reflejo de los esfuerzos cortantes y de la velocidad de deformación (“shear rate”) en el
fluido. Estos esfuerzos cortantes en el fluido amortiguan las oscilaciones del tubo de
medición de un modo tal que tanta más potencia de excitación se requiere cuanto mayor
es la viscosidad. Esta potencia de excitación se puede medir y su valor permite determinar
la viscosidad del fluido.
Y, puesto que además Promass I también mide densidades, ¡también puede determinarse
la viscosidad cinemática (ν = µ /ρ)!
Aplicaciones
El sensor multivariable Promass I ofrece a los usuarios la posibilidad de controlar sus
variables de proceso fundamentales -como el caudal, la densidad, la temperatura y la
viscosidad- con un único contador. Su robusto diseño higiénico, su inmunidad ante
vibraciones, su estabilidad a largo plazo y su fácil limpieza son algunas de las ventajas de
Promass I. También presenta características importantes en cuanto a medición de
viscosidades. Todos estos puntos juntos pueden posibilitar una reducción significativa de
los costes de instalación y mantenimiento para diversas aplicaciones.
Las aplicaciones y los beneficios de la medición de viscosidad en sí varían según los
distintos mercados y procesos. Es importante considerar los resultados esperados, las
condiciones de proceso y las características del fluido para evaluar si la medición de
viscosidad en línea ofrece la solución requerida.
Así como en la Página 28 se explica que los fluidos pueden dividirse en dos grupos según
sus propiedades, los “newtonianos” y los “no-newtonianos”, las mismas definiciones
permiten clasificar dos campos de aplicación en medición de viscosidades.
Fluidos newtonianos
La relación entre el esfuerzo cortante (“shear stress”) y la velocidad de deformación
(“shear rate”), es decir la viscosidad, en un fluido newtoniano es constante, lo cual
significa que la viscosidad es independiente de la velocidad de deformación (“shear rate”).
El agua y los aceites empleados para lubrificación son ejemplos de fluidos newtonianos.
La Figura 133 muestra los resultados de una medición de viscosidad de cuatro fluidos
diferentes con densidades distintas. Con fluidos newtonianos se puede obtener una
exactitud de medición superior a ±5%.
249
Medición de viscosidad (Principio Coriolis) E+H Medición de caudal
[%]
100
80
60
40
20
0
-20
-40
-60
-80
-100
0.1 1 10 100 1000 10000
[cP]
Fig. 133: Precisión de la medición de viscosidad con Promass I para cuatro fluidos diferentes
Fluidos no newtonianos:
La medición de la viscosidad de los fluidos no newtonianos es mucho más compleja
porque en estos fluidos la viscosidad es una función de la velocidad de deformación del
fluido (“shear rate”). Por esta razón, no se especifica ningún valor para la precisión en
mediciones de viscosidad con fluidos no newtonianos. En este tipo de aplicaciones, uno
sólo puede hablar de mediciones “repetibles”.
Resulta difícil comparar datos correspondientes a mediciones de viscosidad efectuadas en
el laboratorio con datos tomados por un equipo en línea a partir de diferentes técnicas de
medición. Esto es porque surgen diferencias de viscosidad debidas a las diferentes
condiciones de esfuerzos cortantes específicos en los contadores respectivos. Por ello se
restringen las aplicaciones para la medición de viscosidad de fluidos no newtonianos a
aquéllas en que se requiere repetibilidad, pero no una precisión absoluta.
Por ejemplo, Promass I se puede emplear para observar las tendencias de la viscosidad o
para detectar cambios relativos de viscosidad en el punto de medición. Un cambio en la
viscosidad puede ser indicativo de algún problema en el proceso, o indicar que la calidad
del producto (propiedades del fluido) en este punto concreto del proceso queda dentro o
cae fuera de un campo de valores determinado.
250
E+H Medición de caudal Fluidos problemáticos (con gases/sólidos)
Fluidos problemáticos (con gases/sólidos)

Independientemente de qué principio de medición se emplee, la mayor “precisión” se
consigue sólo en condiciones ideales, por ejemplo con fluidos homogéneos o de una sola
fase como el agua. Desafortunadamente, a menudo no encontramos estas condiciones en
la práctica. Los fluidos pueden contener burbujas de gas (por ejemplo, intrusiones de aire)
o partículas sólidas. Otro problema que hallamos con frecuencia es la falta de
homogeneidad en la composición química de muchos fluidos. A continuación
presentamos una lista de algunos ejemplos de fluidos problemáticos típicos de distintas
industrias y ámbitos:
Industria alimentaria:
• Fluidos altamente viscosos (como las melazas) suelen incorporar intrusiones de gases
en forma de burbujas o incluso de bolsas de gas más grandes.
• En el proceso de fabricación de yogures, continuamente se añaden grandes pedazos de
frutas a la masa.
• Los batidos de fruta contienen sólidos en forma de fibras de longitudes variables y en
cantidades también diversas (Fig. 134).
• Las deposiciones por cristalización del fluido y las adherencias en las paredes de los
tubos de medición o sobre las superficies del sensor a menudo dificultan la medición de
disoluciones de azúcar de alta concentración.
Fig. 134: Un batido de frutas es una

mezcla no homogénea de agua,
azúcar y fibras.
251
Fluidos problemáticos (con gases/sólidos) E+H Medición de caudal
Industria química:
• Fluidos no homogéneos como las mezclas de aditivos a menudo presentan amplias
fluctuaciones del pH.
• Emulsiones como las empleadas en la fabricación de cosméticos puede ser un problema
si forman deposiciones en las paredes de los tubos de medición o en las superficies
críticas de los sensores.
Aguas / aguas residuales:
• Lodos activos procedentes de las plantas de tratamiento de aguas residuales contienen
mayores o menores proporciones de sólidos, según la naturaleza del proceso.
• En sistemas de suministro de agua potable y en sistemas de tratamiento de aguas
residuales a menudo se emplean aditivos (por ejemplo, cloruro de hierro III o peróxido
de hidrógeno), que pueden provocar variaciones del pH.
• En el tubo de medición o en los sistemas de agua caliente pueden formarse deposiciones
de magnetita.
Industria de pulpa & papel:
• Se emplean numerosas sustancias químicas que pueden causar cambios bruscos de las
propiedades químicas del fluido.
• La pulpa contiene una alta proporción de sólidos, de hasta 15 a 20 % en volumen. La
pulpa incluye fibras de longitudes diversas que pueden alcanzar hasta varios
centímetros.
Industria minera:
En este ámbito industrial han de medirse fluidos con contenidos sólidos de hasta un 80%
en peso. Las mezclas de agua/arena son altamente abrasivas. El tamaño del grano de los
sólidos en el fluido puede variar en un amplio campo de valores, desde granos de arena
de sólo unos cuantos milímetros de diámetro hasta pequeños guijarros de roca que pueden
pesar hasta cientos de gramos.
Industria del aceite:
• Los líquidos como el aceite mineral contienen una alta proporción de sólidos y son muy
densos y viscosos, pero no son infrecuentes las intrusiones de aire.
• Aceites de cisterna muy viscosos.
Cada tipo de fluido problemático afecta a los caudalímetros de un modo distinto. Sin
embargo, todos estos medios presentan un problema común – perjudican
significativamente la exactitud de las mediciones.
El lector hallará más información acerca de las proporciones de gases y sólidos en fluidos
en las secciones siguientes de este manual:
• Principios de medición de fluidos (Capítulo 3) → “Preguntas más frecuentes”
• Fluidos de múltiples fases → Página 262
• Rugosidad de la tubería y deposiciones → Página 268
• Flujos bifásicos y cavitación → Página 44
252
E+H Medición de caudal Corrosión
Corrosión
La corrosión es un proceso natural. Es el resultado de la tendencia inherente de los
metales a volver a sus componentes más estables, a menudo por la acción de óxidos y/o
reacciones químicas o electroquímicas, al entrar en contacto con su entorno (que puede
ser aire atmosférico, líquidos, vapores o sólidos). El proceso es perjudicial para las
propiedades de la materia, que incluso destruye el material, y puede por ello llegar a
inutilizar un contador.
El control industrial de pesos y medidas se caracteriza por unos requisitos de alta
seguridad, por lo que otorga una gran importancia a la resistencia a la corrosión de los
materiales empleados en los dispositivos. Es más, estos dispositivos se emplean
directamente en un amplio campo de aplicaciones de proceso y a menudo han de soportar
una gran variedad de influencias y sustancias en su entorno. Los problemas que puede
originar la corrosión incluyen los siguientes:
• Poner en peligro la seguridad de los empleados y el entorno.
• Provocar imprecisiones en la medición de caudal.
• Reducir la esperanza de vida del caudalímetro.
Los costes debidos a los efectos de la corrosión en las economías mundiales alcanza cada
año una enorme suma de dinero. Estas cifras se incrementan aún más al considerar los
efectos derivados de las temporadas de baja producción y los escapes de contaminantes por
fugas u otras razones. El problema de la corrosión conlleva, pues, graves aspectos
relacionados con la seguridad y el medio ambiente, más allá de las puras consideraciones
económicas. Incluso hoy en día, esta importancia todavía no se aprecia en toda su
amplitud.
Fig. 135: Corrosión por picadura. Foto: Instituto para el estudio de materiales y la ingeniería de
materiales Dr. Dölling & Neubert GmbH, Clausthal-Zellerfeld (D).
253
Corrosión E+H Medición de caudal
Tipos de corrosión
Hay muchos tipos de corrosión y su efecto en los caudalímetros es diverso. A continuación
presentamos una corta lista de los tipos de corrosión que suelen afectar a los
caudalímetros:
• Corrosión galvánica (o electroquímica)
• Corrosión atmosférica
• Corrosión química
El polvo, la humedad, algunos gases, etc., provocan este tipo de corrosión. La corrosión
puede ser externa e interna; en particular, si los contadores están instalados en plantas
químicas, en donde hay atmósferas agresivas, se pueden formar ácidos durante las
precipitaciones en forma de lluvia (lluvia ácida). La corrosión interna puede surgir de
algunos fluidos en procesos agresivos.
Corrosión galvánica
La corrosión galvánica es una acción electroquímica de dos metales de distinta
electronegatividad en presencia de un electrólito y un medio conductor de electrones.
Ocurre cuando los metales de distinta electronegatividad se ponen en contacto. Su efecto
se reconoce por la presencia de corrosión en las uniones entre los metales de
electronegatividades diferentes. Se puede emplear una escala de actividad galvánica para
estimar la reacción de cada metal con cualesquiera otros metales –en otras palabras, si se
puede esperar o no la ocurrencia de corrosión. El ritmo probable de corrosión se puede
calibrar correspondientemente.
Corrosión atmosférica
La corrosión atmosférica ocurre cuando un metal se expone a líquidos, sólidos o gases al
aire libre. Algunas fuentes de corrosión atmosférica son la humedad, algunas sales, la
suciedad y el ácido sulfúrico. Esta forma de corrosión suele ser más severa en exteriores,
sobre todo cerca de ambientes marinos. La tabla siguiente demuestra claramente el efecto
general de la calidad del aire en el ritmo de corrosión.
Ritmo de corrosión en µm/año
Metal Entorno rural Entorno Entorno industrial Entorno marino

metropolitano
Plomo 0,7 – 1,4 1,3 – 2,0 1,8 – 3,7 1,8
Cinc 1,0 – 3,4 1,0 – 6,0 3,8 – 19 2,4 – 15
Acero 4,0 – 6,0 30 – 70 40 – 160 64 – 230
Fuente: B. Gube, M. Reimann: Informe titulado “Korrosion” (1997), presentado en la Escuela

Técnica Superior de Mannheim – Escuela Superior para la Técnica y la Formación / Instituto
de tecnología de materiales.
254
E+H Medición de caudal Corrosión
Corrosión química
La corrosión química tiene lugar cuando un metal entra en contacto directo con una
disolución corrosiva. Algunos factores que afectan a la severidad de la corrosión química
incluyen:
• El nivel de concentración química de la disolución
• La duración del contacto (por ejemplo, la frecuencia de los procesos de limpieza)
• La temperatura de trabajo
¿Cómo evitar la corrosión?

Es necesario aclarar varios puntos y establecer contramedidas. La única manera de evitar
o reducir la corrosión consiste en seleccionar los materiales correctos para cada situación:
• Identificar todos los componentes que van a estar en contacto con los líquidos, gases,
etc. (partes metálicas, de plástico, de goma, etc.).
• Identificar todos los constituyentes del fluido que se va a medir, incluidas todas las
posibles impurezas. En particular, los agentes limpiadores que se utilicen
periódicamente.
• Determinar las concentraciones en términos de volumen o masa de los constituyentes.
• Las impurezas pueden actuar como catalizadores de la corrosión. El propio fluido puede
no ser corrosivo, pero la presencia de determinadas impurezas puede favorecer la
corrosión. Algunos posibles ejemplos de fuentes de corrosión son:
– Los anillos tóricos (o-ring)
– Las juntas
– Los agentes lubrificantes
– Otro equipamiento
– Corrosión procedente de otros equipos
– Reacciones químicas incompletas
• Comprobar los efectos de la temperatura. En general, las altas temperaturas tienden a
agravar los fenómenos de corrosión.
• Comprobar la resistencia a la corrosión de todas las partes en contacto con el fluido para
diferentes fluidos. Para ello pueden emplearse diversas herramientas:
– Manuales sobre corrosión
– Datos proporcionados por los fabricantes acerca de las partes del dispositivo en
contacto con el fluido. En la → página 437 y sig. puede hallarse una tabla de valores
de resistencia a la corrosión.
– Datos proporcionados por los fabricantes acerca de las características del fluido.
– Recurrir al bagaje de experiencia acumulada por organizaciones especializadas en
corrosión, por ejemplo, la Asociación nacional de ingenieros para la corrosión
(NACE: National Association of Corrossion Engineers).
– Llevar a cabo experimentos de laboratorio con diferentes fluidos y materiales.
– Servirse de la experiencia adquirida con otras aplicaciones.
255
Corrosión E+H Medición de caudal
– Buscar bases de datos por Internet.

– Comparar con materiales que han demostrado ser inadecuados para determinados
fluidos.
• Comparar el ritmo de corrosión tolerado (requisito del usuario) y el ciclo de vida
esperado de un caudalímetro (véase la información del fabricante).
A pesar de una escrupulosa prudencia y una meticulosa atención a los detalles en todos
estos aspectos que acabamos de mencionar, aún se corre el riesgo de que el fluido del
proceso contenga sustancias que no hayan previsto los ingenieros y planificadores.
Algunos cambios en las características de proceso en ciertos dispositivos pueden ser
advertencias de daños por corrosión. Un caudalímetro másico Coriolis, por ejemplo, daría
muestras de desplazamiento de la frecuencia de resonancia y, por lo tanto, del valor de
densidad medido. Estos caudalímetros y también algunos caudalímetros Vortex están
disponibles con contenedores secundarios, una especie de segunda piel de protección
contra fallos.
256
Flow-es-Installation.fm Page 257 Monday, January 3, 2011 9:37 AM
5
Instalación
5. Instalación
Orígenes de los efectos de instalación E+H Medición de caudal
Orígenes de los efectos de instalación

Los caudalímetros se calibran normalmente para unas condiciones de referencia en
fábrica, en laboratorios de verificación o en centros de calibración con fluidos de
propiedades conocidas. Los sistemas de tuberías de estos laboratorios están diseñados para
evitar la presencia de remolinos y distorsiones en el perfil de velocidades, de modo que el
caudalímetro en prueba se evalúa casi en condiciones ideales.
Sin embargo, en una situación real de funcionamiento, los sistemas de tuberías raramente
cumplen condiciones ideales, pues el hecho de disponer de espacio suele ser casi un lujo
y las planificaciones acostumbran a venir gobernadas por los dictados de los costes.
Además de los efectos del sistema de tuberías, algunos caudalímetros son sensibles a
influencias externas como la humedad, la interferencia eléctrica, las vibraciones y los
cambios en la temperatura ambiente. Estos diversos efectos se denominan colectivamente
“efectos de instalación”, y pueden inducir errores sustanciales. Podemos clasificar estas
diversas influencias en tres grupos principales:
Efectos dinámicos del fluido debidos a:

• el perfil de velocidades del caudal
• los remolinos/torbellinos
• los caudales pulsantes
• los fluidos multifásicos
• los efectos del fluido en el punto de medición
Efectos mecánicos debidos a:
• accesorios inadecuadamente colocados (codos, etc.)
• dos o más accesorios muy cercanos entre sí
• válvulas
• la rugosidad de la tubería y las deposiciones
• acondicionadores de caudal o filtros
Otros efectos:
• temperatura ambiente
• factores electroquímicos
• compatibilidad electromagnética (EMC) local
• vibraciones en la tubería
• humedad localizada
La situación se agrava por el hecho de que algunos de estos efectos son inmediatamente
perceptibles (remolinos, vibraciones) mientras que otros cambian con el transcurso del
tiempo (deposiciones, temperatura ambiente). Estos defectos dependientes del tiempo son
los más difíciles de cuantificar, pero un mantenimiento y comprobaciones locales
regulares pueden reducir significativamente su influencia.
258
5. Instalación
E+H Medición de caudal Efectos dinámicos del fluido
Efectos dinámicos del fluido
Perfil de velocidades
Los cambios en la sección transversal y las obstrucciones originan perfiles de velocidades
poco definidos; también se dan en puntos de confluencia de varios caudales parciales. Si
la sección transversal donde se halla el caudalímetro produce una variación significativa
de la velocidad local, los efectos resultantes y el error en el caudal que origine pueden ser
importantes, y a menudo difíciles o imposibles de predecir.
En la Figura 136 se muestran un caudal ideal y un caudal distorsionado. En el perfil ideal
(a), la capa límite está completamente desarrollada y la mayor velocidad de circulación del
fluido se da en el centro de la tubería. En caudales con perfil distorsionado (b), las regiones
locales de velocidades altas están desplazadas del centro y las líneas de velocidad
constante se hallan mal formadas.
0.4 0.3 0.2 0.1

0.4
0.3
0.2
0.1
a b
Fig. 136: Perfil de velocidades ideal (a) y distorsionado (b).
La provisión de longitudes de tramos de tubería rectos adecuados tanto delante como

detrás del caudalímetro ayudará a garantizar unas buenas condiciones de medición del
caudal. Los estándares aceptados o las recomendaciones de los suministradores
proporcionan listas con las longitudes de tramo preferibles.
No todos los tipos de caudalímetros se ven afectados por tales influencias, pues los
caudalímetros másicos Coriolis y la mayoría de caudalímetros volumétricos de
desplazamiento son prácticamente inmunes a estos efectos.
Sin embargo, otros tipos como los caudalímetros de turbina o algunos caudalímetros por
ultrasonidos son muy sensibles a estas perturbaciones, de modo que la elección de un
buen lugar de medición para éstos es crítico para obtener una buena medición.
259
5. Instalación
Efectos dinámicos del fluido E+H Medición de caudal
Turbulencia
Turbulencia es la formación y presencia de estructuras de flujo rotatorias en la corriente
principal del fluido. Dos o más accesorios cercanos en una tubería causarán turbulencia,
como también lo harán los cambios rápidos de sentido en algunos tramos de tubería. Estas
situaciones se dan, por ejemplo, en reductores y codos, en válvulas y en secciones en T
(Fig. 137), o incluso en longitudes largas de tuberías soldadas en espiral, en que la
soldadura sobresale de las paredes interiores de la tubería.
a b
c d
Fig. 137: Distintas combinaciones de accesorios y válvulas que provocan turbulencia.

a = Válvulas, b = Ramificaciones/codos, c = Bombas, d = Codos múltiples
Dos codos en planos diferentes, instalados para cambiar la dirección y la altura del tramo
de tubería ahorrando espacio, constituyen un ejemplo particularmente bueno de
combinación que favorece la formación de turbulencia.
En general, los remolinos formados decaen con rapidez a lo largo de su recorrido. En la
Figura 138 se observan las componentes radiales de la velocidad del fluido a la salida de
un codo y cómo han decaído con rapidez a una distancia de 5 diámetros de tubería. Ésta
es la situación en la mayoría de tuberías pequeñas, pero puede no ser válida para líneas
grandes (DN > 500/20"), en que se requieran longitudes más largas. Los vectores de
velocidad en las paredes no son uniformes por toda la circunferencia. Este fenómeno
puede afectar muy seriamente a la ejecución de los caudalímetros, que pueden presentar
grandes errores, en particular los caudalímetros de turbina y algunos caudalímetros de
presiones diferenciales y de ultrasonidos.
La distorsión se puede reducir si se instalan acondicionadores de caudal (véase la página
270) o tuberías rectas de gran longitud (de hasta 150 veces el diámetro de la tubería).
260
5. Instalación
E+H Medición de caudal Efectos dinámicos del fluido
Fig. 138: Caudal en un codo simple. Izquierda: Inmediatamente tras la tubería.

Derecha: Tras un recorrido de aproximadamente cinco veces el diámetro de la tubería.
Impulsos del caudal

Algunos reguladores, válvulas, bombas o compresores pueden originar pulsaciones en el
caudal. Este fenómeno introduce generalmente un desplazamiento positivo o negativo en
la medición (es decir, la lectura del caudalímetro da un valor demasiado alto o demasiado
bajo), pero se ha demostrado que la magnitud de estos errores depende de la amplitud y
la frecuencia de las pulsaciones.
Este hecho es muy importante en caudalímetros de presiones diferenciales, por ejemplo,
en que las pulsaciones de caudal provocan cambios de presión que afectan directamente
a la medición, ya que la señal está relacionada con la raíz cuadrada de la presión
diferencial. Pero además del efecto de las fluctuaciones de presión en la tubería principal,
la distorsión acústica que generan las ondas de presión en las líneas de impulso también
causa errores considerables en la medición de la presión diferencial. Mottram & Sproston
han documentado todos estos efectos (1989).
Los efectos de las pulsaciones se presentan también, aunque en un menor grado, en
caudalímetros electromagnéticos, Vortex, Coriolis y de ultrasonidos. En caudalímetros de
turbina, las pulsaciones pueden acelerar la velocidad de los rotores y, con ello, afectar
directamente a la exactitud de la medición.
Algunos tipos de caudalímetros (de desplazamiento o Vortex), por su propia naturaleza,
generan pulsaciones en el caudal; en estos casos hay que tener muy en cuenta las
posiciones del resto de instrumentos de proceso.
Al utilizar un caudalímetro Vortex, si la frecuencia de pulsación es cercana a la generada
por el propio caudalímetro, ocurre un fenómeno de “bloqueo” y el caudalímetro registra
una frecuencia de impulso, y no una señal proporcional a la velocidad de circulación del
fluido.
261
5. Instalación
Efectos dinámicos del fluido E+H Medición de caudal
Como se puede esperar, las características de los caudales pulsantes son distintas según el
tipo de fluido que se mide. Por ejemplo, los gases son mucho más compresibles que los
líquidos, por lo que su efecto amortiguador es mayor que el de los líquidos y, en
consecuencia, las disrupciones de caudal son menos notables.
Fluidos multifásicos
La presencia de múltiples fases, o de constituyentes adicionales (gases, sólidos, etc.) en el
fluido suele provocar errores de medición grandes. La variante más común de este caso es
la mezcla de un gas y un líquido. Un líquido puede tolerar sin problemas pequeñas
cantidades de gas (sobre todo cuando están homogéneamente distribuidas), pero el
incremento del volumen de gas en el líquido afecta rápidamente a la correcta ejecución
del caudalímetro. La Figura 139 muestra un ejemplo de ello. La figura ilustra el
funcionamiento de un caudalímetro electromagnético (DN 50/2") para diferentes
composiciones de una mezcla aire/agua.
1.0
6 10 14
0
Vol [%]
-1.0
-2.0 Q = 15.3 m3/h

Q = 7.5 m3/h
-3.0
Fig. 139: Efectos de diferentes composiciones de aire en agua sobre la exactitud de la medición [en %]
de un caudalímetro electromagnético de DN 50 (2").
Por la gran diferencia de densidades entre las dos fases, el gas suele tender a concentrarse
hacia la parte superior de la tubería y el régimen del caudal resultante dependerá de la
proporción del gas respecto al líquido (véase la página 44). No se puede decir de ningún
caudalímetro que sea ideal para medir fluidos multifásicos de esta naturaleza. Incluso la
presencia de dos líquidos que no se mezclan en una misma tubería puede originar errores.
Un ejemplo es aceite y agua que circulan juntos por una tubería.
En situaciones en que se tienen múltiples fases y componentes (por ejemplo, agua, aceite,
gas y arena), se pueden alcanzar errores de hasta el 20%. En estos casos, se recomienda
medir el caudal en tuberías de sentido vertical hacia arriba.
262
5. Instalación
E+H Medición de caudal Efectos mecánicos
Fluidos que contienen sólidos:

El efecto de fluidos mezclados con partículas sólidas puede en algunos casos afectar
significativamente a la ejecución de algunos tipos de caudalímetros. Los caudalímetros
Vortex o placas de orificios se ven afectados por las adherencias en sus superficies críticas.
Los caudalímetros magnéticos, por ejemplo, son extremadamente susceptibles a las
adherencias de deposiciones sobre sus electrodos. En el peor de los casos, un caudalímetro
de este tipo registra una tendencia negativa hasta que finalmente deja de funcionar. Sin
embargo, muchas deposiciones no provocan más que un efecto de espejo y “simplemente”
reducen la sección transversal de la tubería, lo cual causa un error positivo proporcional.
Los caudalímetros con partes móviles devienen enseguida inexactos si el fluido contiene
partículas sólidas intrusas. Prácticamente todos los caudalímetros que miden según el
principio de la velocidad de circulación del fluido se ven perjudicados por la formación de
deposiciones en las paredes de la tubería.
Calibrado
Si los caudalímetros se calibran con agua y luego se emplean, por ejemplo, para medir gas
natural, es posible que surjan efectos relacionados con el fluido según el principio de
medición que emplee el caudalímetro. Los efectos de esta naturaleza debidos a las
diferentes propiedades del fluido pueden afectar a la lectura del caudalímetro, por lo que
es importante que el fluido que se vaya a medir y el fluido de prueba sean lo más parecidos
posible en cuanto a propiedades. Una excepción son los caudalímetros Vortex, que
presentan sólo una pequeña variación al medir caudales de aire tras ser calibrados con
agua. Por el contrario, otros caudalímetros (caudalímetros de turbina, por ultrasonidos,
caudalímetros térmicos de caudal másico y algunos caudalímetros de presión diferencial)
pueden apartarse bastante de sus lecturas de calibración al emplearse con fluidos
diferentes al de calibrado. En tales casos, es conveniente observar siempre los consejos del
fabricante.
Efectos mecánicos
La causa más común de una mala ejecución de un caudalímetro proviene probablemente
de una instalación poco adecuada del sistema de tuberías en torno al punto de medición.
Esto puede ser debido a los accesorios empleados, a la cantidad de contaminación
acumulada en la tubería o, simplemente, a una mala colocación de las válvulas de control.
Casi todos los caudalímetros están diseñados para funcionar en tuberías sin la presencia
de turbulencia o de los efectos originados por el perfil de velocidades, pero todos los
accesorios introducen un cierto nivel de perturbaciones. Lo que a veces no se aprecia en
toda su importancia es la influencia de un accesorio sobre otro, que puede llegar a
perturbar seriamente el caudal aguas abajo de algunas combinaciones. Las normas
estándares establecidas a menudo no tratan estos casos correctamente, a pesar de la
frecuencia con que se dan.
263
5. Instalación
Efectos mecánicos E+H Medición de caudal
El caudal en un codo de tubería

Los codos pueden distorsionar el perfil de velocidades; dicha distorsión depende
principalmente del radio del codo y del ritmo de circulación del caudal. Un caudal en
circulación libre plenamente desarrollado a la entrada se distorsiona rápidamente hacia la
mitad del codo (Fig. 140).
A B
A B
Fig. 140: Caudal en un codo simple.
Las partículas a alta velocidad en el centro de la tubería, al intentar seguir todas la línea
de flujo de menor resistencia (el camino más corto a través del accesorio), convergen y
aceleran hasta dar lugar a un perfil distorsionado en la sección B. En el centro del codo
(A) las partículas más lentas se ven empujadas a moverse radialmente y empieza a
formarse turbulencia entre A y B. Esta turbulencia decae con rapidez a medida que el
perfil se va relajando de nuevo (pasado B). Justo en la sección B y un poco más allá, el
caudal está fuertemente distorsionado y no es recomendable efectuar mediciones.
Estos efectos aumentan al disminuir el radio de la tubería, así como aumenta el tamaño
de la zona de separación (parte interna). La distorsión del perfil va incluso más allá, y
genera turbulencia más intensa en el último tercio del codo. En un inglete (codo en ángulo
cerrado), la separación descrita ocurre en el vértice interior del codo y la zona corriente
abajo se reduce considerablemente. Ello reduce el área de circulación efectiva e intensifica
la turbulencia. En consecuencia, estos accesorios deberían estar siempre a una distancia
del caudalímetro superior a 10 veces el diámetro nominal de la tubería.
Combinaciones de codos
Una situación de lo más habitual en las plantas de proceso es la utilización de varios codos
muy cercanos entre sí. Estas combinaciones de codos próximos generan tanto una
distorsión del perfil de velocidades del caudal como turbulencias extremas (Fig. 141). La
distorsión del perfil de velocidades ocurre al entrar el fluido al interior del primer accesorio
264
5. Instalación
de la tubería (descrito arriba). Sin embargo, para alcanzar el segundo accesorio con una
pérdida de energía mínima, se produce un cruce de las líneas de flujo en el cuerpo
principal del fluido, cerca del punto donde los dos codos están acoplados. Se forman
grandes fuerzas radiales (y por lo tanto, movimientos rotacionales) y surgen turbulencias
a la salida del segundo codo. La interacción hidráulica entre distintos accesorios conduce
a una distorsión del perfil en el primer accesorio, a la que se superpone la formación de
turbulencias en el segundo accesorio. Estos efectos se agravan en tuberías de gran
diámetro (DN > 1.000/40") y la perturbación puede mantenerse en el caudal durante
largas distancias a medida que el momento de inercia se disipa poco a poco, mucho
mayores de lo que afirman los estándares existentes.
Fig. 141: Efectos sobre el caudal de dos codos próximos.

a = Caudal sin turbulencia, b = Caudal turbulento (originado por los codos), c = Perfil de velocidades
verticales, d = Perfil de velocidades horizontales
Si aún hay un tercer codo, la turbulencia se intensifica en este tercer codo, y las líneas de
flujo del fluido se mezclan considerablemente a la salida del codo durante una distancia
de muchas veces el diámetro nominal de la tubería. El caudal puede mantenerse
turbulento de esta manera por una distancia de 20 a 150 diámetros de tubería o más,
según el tamaño de la tubería y el ritmo de circulación del caudal.
Datos empíricos demuestran que el error de medición en estos casos es grande. Los
accesorios móviles alejados unos de otros reducen considerablemente cualquier
interacción y minimizan la formación de turbulencias. Se recomiendan distancias de por
lo menos 5 veces el diámetro nominal entre cualquier combinación de accesorios, y
distancias aún mayores para diámetros de tubería superiores a los 600 mm (24").
Reductores de tubería
Un reductor de tubería encoge la amplitud del perfil de velocidades tras él y provoca
efectos distintos según cual sea el número de Reynolds (véase la página 29). La Figura 142
265
5. Instalación
muestra el caudal en un reductor de contracción brusca. A la entrada de la tubería más

pequeña se produce una separación de caudales, y un poco más allá de esta región de
separación se obtiene un perfil de velocidades más estrecho. Esta región de separación es
más larga cuanto mayor sea la velocidad del caudal y cuanto más estrecho devenga el
perfil de velocidades.
Fig. 142: Patrón de caudal en un reductor de tubería de contracción brusca.
En general, este perfil de velocidades estrecho causa en los caudalímetros un efecto de

infralectura del valor real. El error de medición depende de forma crítica de la distancia
entre la contracción y el caudalímetro. Se aconseja dejar una distancia de 10 veces el
diámetro nominal para caudalímetros electromagnéticos y de 15 a 20 veces el diámetro
nominal para otros tipos de caudalímetros si se desea una medición correcta. En este
aspecto debería observarse el consejo de cada fabricante, pues los errores de medición
serán distintos según cada tipo y modelo de caudalímetro.
Expansores de tubería
Este tipo de accesorios provoca distintos efectos según el ángulo y la longitud de la zona
de transición, pero el efecto general suele ser el contrario al que se ha descrito antes para
los reductores. Un expansor de transición gradual da un perfil de velocidades más
definido, que puede proporcionar una ligera sobrelectura inicial del valor, y una posible
infralectura un poco más allá del accesorio. En los expansores cortos de transición abrupta
se forma en el centro de la tubería un chorro saliente de caudales turbulentos mezclados,
y caudales inversos cerca de las paredes. Estos efectos se ilustran en la Fig. 143.
En las expansiones abruptas (b) se forman zonas de recirculación en las esquinas y la
velocidad del fluido entrante cambia poco durante el primer diámetro de la tubería. Luego
se produce una mezcla de caudales (y una pérdida de altura hidráulica) a medida que el
fluido se expande para ocupar todo el volumen de tubería. La repetibilidad y la exactitud
de las medidas pueden verse afectadas si la medición se intenta en la zona de mezcla. Las
expansiones abruptas no son recomendables, aunque son más comunes de lo que
266
5. Instalación
parecería. Por otra parte, los puntos de unión de tramos de tubería que no ajusten
correctamente no dejan de ser una forma de expansión o contracción, de modo que
también en estos casos pueden ocurrir los efectos que acabamos de describir.
Fig. 143: Patrón de caudal en expansores de diámetro de tubería graduales (a) y abruptos (b).
Caudales de secciones en T
Los patrones de caudal en secciones en T dependen de si el caudal se bifurca hacia
adelante o de si se juntan dos caudales en uno solo (Fig. 144). Si el caudal se bifurca (a),
la perturbación respecto al caudal principal es pequeña o nula. Sin embargo, cuando dos
caudales se juntan (b), se forman turbulencias rápidamente que persisten hasta que los
caudales se juntan por completo.
a b
Fig. 144: Patrones de caudal en secciones en T. Caudales que se separan (a), caudales que se juntan (b).
267
5. Instalación
Las turbulencias en el caso (b) son parecidas a las descritas para combinaciones de
múltiples codos y son frecuentes en situaciones de inyección de productos químicos (por
ejemplo, inyección de cloro en plantas de tratamiento de agua). Cuando sea necesario
incorporar este tipo de medidas, debería hacerse corriente abajo del caudalímetro.
Demasiado a menudo se suelen añadir este tipo de sustancias corriente arriba del
caudalímetro, que afectan tanto la repetibilidad como a la exactitud de la medición.
Válvulas
Todas las válvulas provocan algún tipo de perturbación corriente abajo que se incrementa
progresivamente a medida que la válvula se cierra, y algunas de estas perturbaciones
resultan significativas. Las válvulas que no están completamente cerradas generan
turbulencias y distorsiones del perfil de velocidades que causan los mayores errores de
medición. Según el modelo, la presencia de válvulas a una distancia inferior a 50 veces el
diámetro nominal corriente arriba de un caudalímetro puede generar errores inaceptables.
Una válvula puede pensarse como una contracción o una combinación de codos, ya que
suele ser una obstrucción (el elemento de control) más un cambio rápido de la dirección
del caudal en el cuerpo de la válvula. Esta combinación involucra patrones de caudal muy
complejos que afectan prácticamente a todos los tipos de caudalímetros. Esto es por tres
motivos principales:
• El perfil de velocidades se vuelve más perturbado e inestable a medida que la válvula se
cierra, de modo que la longitud necesaria para la estabilización del perfil de velocidades
corriente abajo ha de ser mayor.
• Algunos modelos de válvulas y reguladores también pueden inducir oscilaciones y
vórtices en la corriente.
• En aplicaciones de control de caudal, las válvulas actúan como dispositivos de
reducción de presión y a menudo generan cavitación si la presión de entrada es excesiva
(= velocidad de caudal demasiado alta para el paso de la válvula).
Por estas tres razones, no deberían instalarse nunca válvulas para el control del paso de
caudal corriente arriba de los caudalímetros. Si han de emplearse válvulas para el cierre
de tuberías de derivación, por ejemplo, corriente arriba de un caudalímetro, se
recomiendan válvulas de bola de cuarto de vuelta.
Al abrirlas, estos accesorios apenas presentan alguna obstrucción y pueden colocarse a una
distancia del caudalímetro mucho más cerca que 50 veces el diámetro nominal de la
tubería. Consúltese el consejo del fabricante acerca de la colocación de válvulas según el
tipo de caudalímetro empleado.
Rugosidad de la tubería y deposiciones

En la mayoría de sistemas de circulación de aguas y otros caudales industriales suele haber
presencia de partículas, ya sea por la propia naturaleza del fluido o procedentes de la
erosión del metal de las tuberías y los accesorios. Con el tiempo, éstas se depositan sobre
268
5. Instalación
las paredes de la tubería y cambian su rugosidad. En casos extremos, estas capas pueden
aumentar el grosor de las paredes de la tubería y, por lo tanto, los patrones de caudal en
la tubería. En general, en tuberías muy rugosas con capas gruesas de deposiciones en las
paredes, los caudalímetros suelen dar lecturas por encima del valor real, debido
principalmente a la reducción de la sección transversal, que comporta un aumento de la
velocidad del fluido. También pueden darse otros efectos, algunos de los cuales pueden
ser críticos en según qué tipo de caudalímetros, como los que enumeramos a
continuación:
• La reducción de la sección transversal del caudal.
• La reducción de las zonas de volumen fijo libres de elementos mecánicos, por ejemplo,
en los caudalímetros de turbina.
• El cambio de las dimensiones originales de los orificios, los tubos de Venturi, los rotores
de turbina o los obstáculos sólidos de los caudalímetros Vortex.
• El aislamiento de los electrodos de los caudalímetros electromagnéticos.
• El bloqueo de los grifos para tomas de presión y de las líneas de impulso.
• El alojamiento en el caudalímetro de algunos de los fragmentos de laminillas
desprendidos de las paredes.
Los efectos sobre la ejecución de los caudalímetros suelen tardar en hacerse notar, pero
pueden provocar fallos desastrosos si se llega a una situación de atasco. La Figura 145
muestra el cambio en el coeficiente de descarga debido a las deposiciones en un tubo de
Venturi. El coeficiente de descarga de caudal experimenta una variación lenta hasta el
punto en que las superficies interiores vuelven a estar limpias y se recupera el valor
original del coeficiente de caudal. Los efectos de estas deposiciones son muy comunes en
sistemas de distribución y tratamiento de aguas y aguas residuales, pero han pasado
desapercibidos durante largo tiempo.
0.98 medido
Contador de Venturi
Coeficiente de descarga
limpio
0.97
0.96
latón (liso)
curvas
0.95 teóricas
hierro colado (rugoso)

0.94
0 2 4 6 8 10 12
Tiempo después de la instalación [años]
Fig. 145: Envejecimiento causado por deposiciones en un tubo de Venturi (DN 250/10"), ejemplificado
por el coeficiente de descarga. Basta una buena limpieza para recuperar la plena operatividad.
269
5. Instalación
Podemos utilizar la teoría de la rugosidad para estimar los efectos del envejecimiento o las
deposiciones sobre el coeficiente de descarga (Fig. 145). Su valor se hallará entre una
tubería de paredes lisas (latón) y una de paredes rugosas (hierro colado). Por otra parte, en
el ejemplo del tubo de Venturi vemos que las previsiones de esta teoría no son demasiado
buenas en casos de deposiciones extremas; sin embargo, cuando las superficies del
caudalímetro se limpian al cabo de nueve años, el coeficiente vuelve a su valor “original”.
Las deposiciones de otro tipo que no sean laminillas desprendidas de las paredes, el
revestimiento o similares también pueden causar problemas serios. A menudo, las
superficies de las paredes interiores de los sistemas de recolección de aguas residuales se
hallan recubiertas de una sustancia grasienta resistente al agua que puede afectar a los
electrodos de los caudalímetros magnéticos. Una limpieza general puede solucionar este
problema. Algunos fabricantes ofrecen un circuito de limpieza de electrodos especial
(ECC) que impide las deposiciones de materiales conductores.
Filtros y cedazos
Los caudalímetros con componentes giratorios encajados en zonas de volumen fijo libres
de elementos mecánicos con frecuencia requieren algunas protecciones para prolongar su
vida útil. Las partículas sólidas a menudo causan desgastes prematuros y cambios en las
zonas libres de elementos mecánicos, que perjudican la ejecución del caudalímetro. Para
evitarlo, se suelen colocar filtros y cedazos aguas arriba del caudalímetro, pero éstos
también introducen perturbaciones indeseadas del fluido. El caudal a menudo sigue un
tortuoso camino por el cuerpo del elemento filtrador que origina turbulencias y distorsiona
el perfil de velocidades a la salida del filtro. Por lo tanto, no es conveniente instalar filtros
o cedazos cerca de algunos tipos de caudalímetros.
Acondicionadores y enderezadores de caudal

En la mayoría de casos, no es posible disponer de las longitudes de tramo necesarias para
eliminar o reducir los efectos de las perturbaciones en el caudal. La alternativa es emplear
accesorios de acondicionamiento de caudales antes del punto de medición. Hay dos tipos
principales, denominados acondicionadores y enderezadores de caudal (Fig. 146). Los
dispositivos que reducen las turbulencias y eliminan las distorsiones del perfil de
velocidades se clasifican como “acondicionadores”. Los dispositivos diseñados para
eliminar o reducir las turbulencias son “enderezadores”. Recuérdese que estos
dispositivos, además de su influencia en el caudal, como accesorios que son, también
llevan asociada una pérdida de altura hidráulica.
La Figura 146 muestra algunos de los muchos tipos de elementos empleados para corregir
las perturbaciones del caudal; y en años recientes han aparecido modelos mejorados
(Mitsubishi, Laws, Gallagher, etc.) que presentan menores pérdidas de altura hidráulica.
Las pruebas de laboratorio han confirmado que inmediatamente corriente abajo de
algunos de estos modelos, el caudal es inestable y considerablemente turbulento. Por este
motivo, los acondicionadores de caudal, como los filtros y los cedazos, no deberían estar
270
5. Instalación
E+H Medición de caudal Otras influencias
instalados demasiado cerca de algunos tipos de caudalímetros. Se recomienda consultar al

distribuidor acerca de cuándo usar estos dispositivos y las condiciones para su instalación.
Fig. 146: Diferentes tipos de acondicionadores y enderezadores de caudal
Orientación del caudalímetro

La mayoría de caudalímetros grandes se calibran en el laboratorio en tuberías horizontales.
Los caudalímetros pequeños (menos de DN 100/4") se calibran para tuberías horizontales
y verticales. Si un caudalímetro se instala en una orientación diferente a la orientación
para la cual fue calibrado, pueden aparecer pequeñas diferencias de ejecución, sobre todo
en caudalímetros de turbina a caudales bajos. En este caso, el empuje del fluido puede
resultar insuficiente para vencer el peso y el rozamiento del rotor. Esta situación no se da
nunca con caudalímetros que no tienen partes móviles.
El caudal de un fluido que contenga partículas sólidas o burbujas de gas debería medirse
siempre en tuberías de ascenso vertical porque los sólidos tienden a quedarse en el fondo
y las burbujas a elevarse, de modo que el caudalímetro no se ve afectado. Por el mismo
motivo, nunca deberían instalarse caudalímetros en el punto más alto (en que se
acumulan los gases) ni en el más bajo (en que se acumulan las partículas sólidas). Las
mediciones en tuberías verticales descendentes no se recomiendan en ningún caso.
Otras influencias
Por último, mencionamos un grupo final de efectos varios debidos a la instalación. La
mayoría de ellos son efectos de origen externo a la tubería cuya influencia en algunos tipos
de caudalímetros aún no está del todo determinada. Los datos publicados muestran que
la mayoría de problemas se deben a los efectos que vamos a describir a continuación. Estos
efectos pueden influir en el sensor, en la electrónica o en las propiedades del fluido; o en
los tres ámbitos a la vez.
271
5. Instalación
Otras influencias E+H Medición de caudal
El origen de este tipo de problemas suele hallarse en el propio caudalímetro, simplemente

porque aún se desconoce la influencia de estos factores externos en el mismo, o porque
aún se les ha prestado poca atención. Siempre es recomendable alcanzar una concepción
global de la aplicación como un todo.
Temperatura ambiente
La temperatura puede provocar cambios en las propiedades del fluido que circula por el
interior de la tubería, además de dilatar o contraer algunos componentes clave. A
continuación resumimos los diversos efectos debidos a la temperatura:
• Los componentes eléctricos de la electrónica secundaria pueden acusar los efectos de la
temperatura.
• Pueden producirse cambios locales en la densidad, el peso específico o la viscosidad del
fluido.
• Los gradientes de temperatura en las líneas de impulso de los caudalímetros de presión
diferencial pueden inducir diferencias locales de altura hidrostática que provoquen
errores de desplazamiento del punto cero.
• En algunos caudalímetros, la temperatura puede provocar cambios mecánicos en las
propiedades de resortes, membranas, etc.
• La congelación del fluido a bajas temperaturas puede dañar permanentemente el
equipo.
• El volumen fijo de las partes huecas de algunos tipos de caudalímetros (por ejemplo, los
rotores de turbina) puede experimentar cambios de la noche al día o de verano a
invierno (efectos diarios y estacionales).
Los cambios bruscos de temperatura (accidentales o como parte del proceso) pueden
resultar a veces más problemáticos que un estado sostenido de temperaturas altas o bajas.
Un ejemplo es la limpieza en marcha (CIP).
También pueden surgir problemas si las condiciones de temperatura ambiente en el lugar
de instalación del sensor no se corresponden con las que hay en el lugar donde se halla el
transmisor. En estos casos pueden producirse errores de medición por el sesgo que
introducen estos efectos no compensados. Un ejemplo puede ser un diafragma empleado
en una aplicación a alta temperatura cuyo transmisor esté instalado en un entorno mucho
más frío.
Interferencias eléctricas o hertzianas

El tema de la compatibilidad electromagnética (EMC) se discute con más detalle en la
Página 332 y sig. Aquí presentamos solamente aquellas observaciones que resultan
relevantes a efectos de instalación.
La presencia próxima de fuentes de alimentación o la aparición repentina de efectos
eléctricos (por ejemplo, relámpagos) puede interferir en las lecturas y salidas de señal de
algunos caudalímetros. La consecuencia habitual suele ser la aparición de impulsos
272
5. Instalación
E+H Medición de caudal Otras influencias
generados en la electrónica secundaria que provocan errores de medición positivos que se

suman al rizado general de la potencia. Las cuatro causas siguientes son las más comunes:
• Cables de señal y de alimentación que pasan por el mismo conducto o portacables.
• Tuberías subterráneas con protección catódica.
• Interferencias de radio debidas a sistemas de radiofonía portátil (walkie-talkies).
• Existencia de circuitos de tierra en el sistema (por ejemplo, diferencias de potencial
debidas a una puesta a tierra defectuosa).
Estos efectos se pueden reducir si se instalan amplificadores en o cerca de los

caudalímetros, que transmitan un nivel de señal amplificado. También es prudente
colocar los cables de señal bien lejos de los cables de alimentación para minimizar los
efectos de las interferencias electromagnéticas y de radiofrecuencia. Si se prevé la
posibilidad de estos problemas, es preciso considerar la instalación de pararrayos, barreras
eléctricas o equipos de protección de señales.
Vibraciones de la tubería
Algunos caudalímetros son muy susceptibles a las vibraciones de la tubería. Las
vibraciones pueden dañar los pivotes y soportes e inducir desgastes prematuros no
compensados en algunos tipos de caudalímetros. Para amortiguar estos efectos es
necesario emplear soportes de tubería adecuados y/o aislar el origen de las vibraciones
(bombas, compresores, etc.) con amortiguadores mecánicos. Un error de instalación
común consiste en colocar los caudalímetros en el punto de descarga de las bombas de
desplazamiento.
La sensibilidad de los caudalímetros a las vibraciones externas depende en gran parte de
las características de diseño de los propios caudalímetros, de modo que es distinta para
cada fabricante. La mayoría de vibraciones de origen externo se hallan en el extremo
inferior de la gama de frecuencias (50 a 200 Hz); así, por ejemplo, los caudalímetros
Coriolis, que funcionan con frecuencias de oscilación muy superiores, son totalmente
inmunes a estas vibraciones externas y no requieren soportes o añadidos especiales.
Asimismo, los caudalímetros Vortex con un sistema de sensores DSC bien ajustado (véase
la página 103) son virtualmente inmunes a las vibraciones debidas al desgaste de la
tubería.
Efectos de la humedad
Tanto los niveles altos de humedad como los bajos pueden inducir errores o crear
problemas con los sensores o los transmisores. Un alto nivel de humedad puede reducir
el aislamiento eléctrico, acelerar los fenómenos de corrosión electrolítica o atmosférica, o
simplemente crear manchas de humedad en partes no deseadas del sistema. Si, por el
contrario, el nivel de humedad es bajo, se pueden inducir cargas electrostáticas.
Los cambios de temperatura rápidos pueden ser el origen de algunos problemas de
humedades, pero en general la causa de éstos es el clima local. Otras veces lo son algunos
273
5. Instalación
Instalación eléctrica E+H Medición de caudal
efectos estacionales (monzones o tormentas). Los sistemas que emplean sistemas de

registro en papel son particularmente propensos a estas situaciones.
Condiciones atmosféricas
En las plantas químicas puede haber presencia de líquidos y gases corrosivos debido a
escapes. Estas sustancias pueden ser ácidas o básicas, según la condiciones de proceso.
Otros ejemplos de entornos duros pueden ser las plataformas de extracción de petróleo en
alta mar o los pozos mineros profundos. Las atmósferas corrosivas o explosivas (por
presencia de gases deflagrantes como CH4, SO2, HCl, CO u otros) pueden atacar los
componentes externos, de modo que los cables eléctricos, los contactos y la circuitería
representan un riesgo a menos que se les resguarde de estas condiciones locales anómalas.
Por el riesgo de incendios u otros peligros en algunos procesos, puede ser necesario
emplear instrumentos certificados y sus correspondientes cabezales. En algunos casos
extremos, el proceso puede requerir el uso de sistemas intrínsecamente seguros o a prueba
de explosiones (protección contra explosiones → Página 343). Desde un punto de vista
de la seguridad y la fiabilidad, es fundamental documentar exhausivamente en la etapa de
especificación, la naturaleza de las condiciones atmosféricas locales.
Instalación eléctrica
Como se ha visto, los sistemas de medición pueden ser sensibles a interferencias
eléctricas. Los elementos esenciales para la prevención de este fenómeno son una correcta
puesta a tierra del caudalímetro y la provisión de un apantallamiento adecuado de los
cables de señal, sobre todo si transmiten señales de baja potencia.
Puesta a tierra
Todos los equipos eléctricos, con la excepción de aquéllos clasificados en las categorías
Clase I y III, han de estar conectados a una toma de tierra de protección. La mayoría de
caudalímetros requieren una puesta a tierra para evitar la acumulación de cargas
electrostáticas y garantizar que no se establezcan diferencias de potencial eléctrico. Hay
que aplicar sistemáticamente la filosofía de puesta a tierra de las plantas de proceso. Por
ejemplo, los caudalímetros electromagnéticos requieren que haya contacto eléctrico entre
el tubo de metal por donde circula el fluido y el fluido circulante para establecer un valor
de referencia conocido para la señal de medición. La falta de conductividad o la presencia
de diferencias de potencial introduciría un sesgo en el sistema. Una puesta a tierra
incorrecta puede causar una corrosión electroquímica en los electrodos que origine fallos
en el caudalímetro, fugas, etc. A continuación se exponen tres métodos para la puesta a
tierra de un caudalímetro (véase la Fig. 147):
274
5. Instalación
E+H Medición de caudal Instalación eléctrica
Tuberías metálicas sin toma de tierra (a):

La puesta a tierra de tuberías metálicas sin revestimientos debería hacerse por medio de
cables, a menos que se pueda establecer una conexión por medio de las fijaciones de las
bridas de la tubería.
Tuberías con revestimientos aislantes o plásticos (b):
En los casos en que se emplean tuberías no conductoras (de plástico) o con revestimiento
(por ejemplo, tuberías de agua revestidas con mortero), hay que disponer aros de toma de
tierra a ambos extremos del caudalímetro.
Tuberías con protección catódica (c):
Hay que instalar el caudalímetro en la tubería a potencial cero y tener la precaución de
asegurar que las distintas secciones de tubería estén eléctricamente interconectadas (hilo
de cobre, 6 mm2 / aprox. 10 AWG). Compruébese que los diversos pequeños elementos
utilizados para la instalación no forman un puente conductor al caudalímetro. Aplíquense
además las normativas pertinentes relativas a instalaciones libres de potencial.
6 mm² Cu
6 mm² Cu
2 2
1
6 mm² Cu
Fig. 147: Puesta a tierra de los caudalímetros electromagnéticos.

a = En tuberías metálicas sin toma de tierra
b = En tuberías con revestimientos aislantes o plásticos
c = En tuberías con protección catódica
1 = Alimentación con aislador galvánico, 2 = Eléctricamente aislado
275
5. Instalación
Lista de comprobaciones de instalación E+H Medición de caudal
Apantallamiento de los cables

Para garantizar la claridad de las señales es conveniente emplear cables apantallados, con
un apantallamiento independiente para cada línea de señal. Los cables de par trenzado
apantallados suelen ser adecuados y la mayoría de procesos industriales sólo establecen
una toma de tierra, ya sea en un extremo del sensor o del transmisor, para evitar que se
creen circuitos de puesta a tierra. Normalmente se hace en el extremo receptor (es decir,
el datalogger, el registrador, la sala de control, etc.). Sin embargo, la tendencia moderna
sobre compatibilidad electromagnética sugiere establecer tomas de tierra en ambos
extremos.
Fuente de alimentación
La mayoría de caudalímetros reciben la energía de la red eléctrica general (110 V CA/
60 Hz en Norteamérica y 220 V CA/50 Hz en Europa) o de generadores CC de baja
tensión (12 ó 24 V CC). Algunos modelos modernos también funcionan con baterías de
litio de baja tensión o con células fotovoltaicas en algunas partes del mundo. Si la fuente
de alimentación es la red general, es preferible mantener los cables de señal y de
alimentación separados los unos de los otros. En cambio, si se utilizan generadores de baja
tensión, los efectos son mas débiles y no es tan importante la separación de los cables. En
cualquier caso, es importante disponer de fuentes de alimentación fijas y estables
(denominadas “de suministro limpio”) para evitar incertidumbres debidas a las variaciones
de tensión.
Accesibilidad
Tanto en las instalaciones eléctricas como en las mecánicas, la zona alrededor del sensor
y el transmisor ha de ser accesible y estar libre de cualquier estorbo que pueda representar
un obstáculo para la seguridad en las actividades de mantenimiento.
Lista de comprobaciones de instalación

Para un funcionamiento fiable de larga duración del caudalímetro es imprescindible una
correcta instalación y unas tareas de mantenimiento regulares. En este capítulo hemos
visto muchos efectos que pueden causar errores positivos o negativos y con frecuencia se
presentan varios de estos factores simultáneamente que prácticamente imposibilitan una
ejecución de exactitud. El diseño de una instalación de medición depende de diversos
factores, entre los que podemos mencionar:
• Caudales continuos o pulsantes
• La temperatura y la presión de trabajo
• Las propiedades del fluido
• El tipo de señal de salida requerido
• El espacio disponible
• La necesidad o no de un calibrado regular
• El coste, el método y la frecuencia de servicio y mantenimiento
276
5. Instalación
E+H Medición de caudal Lista de comprobaciones de instalación
Muchos de estos factores están interrelacionados, pero el más importante es, sin duda, la
instalación en sí misma. Al diseñar una instalación, deberían verificarse los aspectos
enumerados en la lista de comprobaciones siguiente:
• ¿El caudalímetro está en una posición correcta (orientación, ubicación)?
• ¿Los tramos rectos de entrada y salida de la tubería son adecuados?
• ¿La distancia entre dos accesorios es superior a 5 veces el diámetro nominal?
• ¿Hay vibraciones externas o pulsaciones en el caudal que requieran amortiguación?
• ¿La instalación incluye algún amortiguador de caudal o filtro?, y en caso afirmativo, ¿en
qué posición está respecto al caudalímetro?
• ¿Hay presencia de gas en una tubería para la circulación de líquidos o líquido en una
tubería para gases (fluidos multifásicos)?
• ¿Se necesitan caudalímetros en paralelo para cubrir todo el campo de valores de
medida?
• ¿La instalación se ha provisto de una línea de derivación para inspecciones periódicas?
¿Es rentable en términos de relación coste/efectividad?
• ¿Las válvulas de control del caudal se hallan corriente abajo y necesitamos válvulas de
aislamiento para propósitos de mantenimiento?
• ¿Se generan campos eléctricos esporádicos en las proximidades del caudalímetro?
• ¿Se dispone de espacio suficiente para efectuar tareas de mantenimiento, incluida la
posible sustitución del caudalímetro?
• ¿La instalación dispone de una correcta puesta a tierra y apantallamiento adecuado de
los cables de señal?
Estas normas básicas y un poco de sentido común bastan para que cualquier caudalímetro
funcione de manera fiable durante muchos años. Desafortunadamente, cuando las cosas
van mal, ¡siempre se echa la culpa a los instrumentos!
277
5. Instalación
Lista de comprobaciones de instalación E+H Medición de caudal
278
Flow-es-Maintenance.fm Page 279 Monday, January 3, 2011 9:38 AM
6
Funcionamiento y mantenimiento
6. Funcionamiento y mantenimiento
Introducción E+H Medición de caudal
Introducción
La mayoría de caudalímetros, si han sido correctamente seleccionados e instalados,
requieren muy poco mantenimiento y suelen ofrecer largos intervalos de funcionamiento
sin necesidad de cuidados. Los bajos costes de mantenimiento y la simplicidad de
diagnóstico y reparación son aspectos importantes en el momento de seleccionar un
caudalímetro. Si el instrumento no se halla sometido a cambios bruscos de temperatura y
presión (ambientales o de proceso), y se inspecciona y calibra regularmente, poco puede
o va a ir mal. Unos pocos caudalímetros, sin embargo, sí requieren unas tareas regulares
de mantenimiento cuya frecuencia dependerá del tipo de instrumento, la finalidad de la
aplicación y la naturaleza de los fallos, en caso de que hubiere. No hay normas generales
para definir la periodicidad de las tareas de mantenimiento, y puesto que la aplicación
juega un papel importante, cada operador suele trazar sus propios planes. Ese capítulo
presenta los fundamentos para el manejo y el mantenimiento del equipo.
Las decisiones iniciales son siempre las más importantes. Una elección adecuada de
caudalímetro puede afectar significativamente a las operaciones de proceso de una
empresa. La elección de un suministrador, de un principio de medición, las dimensiones
del equipo, la elección de los materiales y otros factores van a tener una gran influencia
en el nivel de beneficio o rendimiento que un usuario puede esperar del caudalímetro,
sobre todo a largo plazo. A este respecto, es importante tener en cuenta los aspectos
siguientes en el momento de un análisis de costes (véase también la Página 304 y sig.):
• Costes de adquisición
• Costes de instalación
• Costes de proceso y mantenimiento
• Coste total de tenencia en propiedad
La dificultad de este ejercicio es precisamente determinar qué costes han de ser
considerados. El problema se evidencia si se comparan el mejor de los casos con el peor
de los casos. Pongamos por caso, por ejemplo, un caudalímetro con una electrónica
defectuosa: el hecho de disponer de personal preparado, una reserva de piezas de repuesto
modulares y la asequibilidad de las piezas defectuosas puede comportar tiempos de
reparación cortos, pues el cambio de un módulo de conexión directa o de una tarjeta
electrónica se puede completar en algunos minutos. En la situación contraria, en casos en
que estas circunstancias no se hayan alcanzado, la reparación podría involucrar la
sustitución del instrumento entero, con los procesos asociados de drenado (e incluso de
descontaminación) del sistema de tuberías.
En esta situación, el tiempo de reparación y, por tanto, de paro de la planta de proceso
puede alargarse horas e incluso días. Una vez se han atribuido al incidente todos los costes
del paro, es fácil darse cuenta de las ventajas que presenta la primera de las situaciones.
Luego, la facilidad de mantenimiento de un caudalímetro debería ser una consideración
importante en el momento de seleccionar un modelo. Este ejemplo muestra claramente
que un buen funcionamiento y un buen mantenimiento “van de la mano”.
280
E+H Medición de caudal Funcionamiento
Funcionamiento
Obviamente, las medidas del caudalímetro han de ser las adecuadas para su buen
funcionamiento dentro de las especificaciones establecidas por la aplicación. Las señales
de un caudalímetro pueden volverse aleatorias o erróneas si el caudalímetro funciona en
un campo de valores de caudal demasiado altos o demasiado bajos en relación con su
diámetro nominal. Recuerde el lector que la responsabilidad de la corrección de los datos
relacionada con el ritmo de circulación del caudal de servicio recae exclusivamente en el
usuario. Muchos fabricantes ofrecen herramientas de software que ayudan a determinar
el tamaño correcto de los instrumentos en función del ritmo de circulación del caudal que
requiere la aplicación (véase la página 320 y sig.). Estos programas calculan también las
pérdidas de carga que puedan surgir si se emplea un caudalímetro más pequeño que la
tubería.
Al cabo de un tiempo en funcionamiento, el usuario puede pensar que el hecho de que el
caudalímetro ofrezca una señal estable, es una indicación de su correcto funcionamiento;
pero esto no tiene porqué ser cierto. Incluso aunque se halle entre los límites aceptables,
el valor del caudal puede ser inexacto y afectar a la calidad del producto final. Los tres
ejemplos siguientes sirven para evidenciar la importancia de inspeccionar los elementos
de medición:
• Los caudalímetros electromagnéticos pueden requerir comprobaciones de los
electrodos cada cierto tiempo para garantizar que se mantiene un buen contacto
eléctrico con el fluido. El electrodo puede irse recubriendo con deposiciones no
conductoras hasta que el caudalímetro deje de funcionar. Los fabricantes combaten este
tipo de problemas con funciones especiales que detectan deposiciones o daños en los
electrodos (por ejemplo, en términos de corrosión o daños mecánicos). Para las
deposiciones conductoras existe un circuito de limpieza de electrodos (CLE).
• Los coeficientes de circulación de caudal de los discos de diafragma cambian a medida
que la pared frontal se vuelve más rugosa o los contornos nítidos se desgastan por la
acción de fluidos abrasivos. Se puede llegar a errores del 20% o superiores.
• En caudalímetros térmicos, la presencia de humedad en el elemento medidor puede
cambiar las propiedades térmicas del instrumento.
Estos tres ejemplos muestran que algunos caudalímetros pueden requerir comprobaciones
semanales o mensuales, según las condiciones de proceso y el tipo de caudalímetro. Con
esto queremos reforzar lo que ya hemos apuntado en la introducción sobre el hecho de
que un funcionamiento fiable depende de unas buenas prácticas de mantenimiento.
Inspección de la tubería:
La medida -con diferencia- más importante (y la menos considerada) es el paro periódico
del proceso para una inspección del interior de las tuberías. En puntos de baja velocidad
del fluido o en determinados accesorios pueden adherirse deposiciones y suciedad que, si
no se retiran, pueden ocasionar a largo plazo un efecto perjudicial sobre la fiabilidad del
proceso. También puede debilitar la respuesta dinámica del caudalímetro.
281
Funcionamiento E+H Medición de caudal
Algunos sistemas de suministro y tratamiento de aguas no se paran nunca por motivos

operativos o por consideraciones de tipo económico. En estos casos, las deposiciones en
la tubería pueden ir causando poco a poco un deriva, que no es detectado ni rectificado,
en los valores medidos por el caudalímetro. En la mayoría de casos, se echa la culpa al
caudalímetro de los problemas de proceso. Sin embargo, es importante recordar que
cualquier cosa que altere la forma o el diámetro de una tubería corriente arriba del punto
de medición provocará errores en las lecturas.
Calibración en campo:
Los efectos de las deposiciones o las instalaciones pueden identificarse por medio de
calibraciones regulares en campo. Hay diversos métodos de calibración en campo que
permiten tomar medidas con un nivel de incertidumbre (o “exactitud de medición”) a la
práctica suficiente. Esta forma de calibrado ofrece la ventaja de mantener el caudalímetro
en la tubería, y evita de este modo los riesgos y costes que comporta su retirada y
reinstalación, su traslado, la reposición del cableado y una nueva puesta en marcha.
Limpieza CIP y esterilización SIP:

Las necesidades operativas de algunos procesos requieren una limpieza o esterilización
(CIP o SIP) frecuentes en el mismo lugar de instalación. En este tipo de aplicaciones, los
cierres y las juntas del caudalímetro han de elegirse cuidadosamente y reemplazarse con
frecuencia. Estos componentes pierden sus propiedades elásticas con el tiempo por las
influencias químicas y las tensiones provocadas por los cambios de temperatura a las que
están sometidos. Si no se reemplazan regularmente, a la larga pueden generar escapes,
contaminación e incluso fallos de proceso. Las condiciones de proceso y los fluidos
involucrados serán diferentes según se vayan a ejecutar procesos CIP o SIP. En términos
generales, estos conceptos se definen del modo siguiente:
• CIP (Cleaning In Place): Procedimiento de limpieza en el lugar de instalación con un
líquido limpiador.
• SIP (Sterilization In Place): Procedimiento de limpieza/esterilización con vapor en el
lugar de instalación.
Lubrificación:
Durante el funcionamiento regular, los caudalímetros con partes móviles (por ejemplo, los
caudalímetros de turbina o de desplazamiento positivo) pueden requerir la sustitución de
los pivotes o los rotores de desplazamiento y algún tipo de lubrificación periódica. Por este
motivo, algunos modelos están provistos de lubrificación externa. Si no se lleva a cabo una
buena lubrificación, los procesos de desgaste se acelerarán y pueden llegar a provocar el
fallo de algunos componentes o el atasco de pivotes con consecuencias potencialmente
desastrosas.
282
E+H Medición de caudal Mantenimiento
Mantenimiento
Las tareas de mantenimiento son esenciales para garantizar una seguridad permanente y
un funcionamiento fiable de todos los instrumentos. Todas las características de proceso,
ambientales y de los componentes eléctricos cambian con el tiempo y afectan
directamente a las lecturas de los caudalímetros. Según la norma EN 13306, los tipos y
estrategias de mantenimiento se pueden clasificar de diversas maneras que incluyen las
preventivas, planificadas, predeterminadas, previsoras, según las condiciones, correctoras,
remotas, diferidas, inmediatas y en línea o fuera de línea. Las actividades resultantes
también pueden ser diversas: inspección, supervisión, comprobaciones funcionales,
reparación, revisión general, mantenimiento rutinario, calibración, etc. Esta lista es útil
para examinar los aspectos de mantenimiento relacionados con la ejecución del
caudalímetro. El punto de partida siempre debería ser el análisis del problema. Las
secciones siguientes presentan los aspectos que involucra cada punto.
Análisis de mantenimiento
La plena funcionalidad de los caudalímetros es esencial para el funcionamiento fiable de
una planta de procesamiento. A pesar de ello, este aspecto se omite a menudo en el diseño
de los planes de mantenimiento de la planta, pues un alto grado de fiabilidad es
precisamente una característica intrínseca de los caudalímetros modernos. Pero incluso
estos equipos se hallan expuestos al desgaste y al rápido desarrollo de unas tecnologías
rápidamente cambiantes. Un dispositivo por debajo del nivel óptimo conduce con el
tiempo a una pérdida de ejecución, tanto absoluta como relativa, de una planta de
procesamiento. Por otra parte, las nuevas legislaciones exigen más controles,
certificaciones y recalibraciones. El reto consiste en determinar el alcance óptimo de las
tareas de mantenimiento: todas las necesarias, pero lo mínimo posible. Según la norma
estándar europea EN 133061), es responsabilidad de cada gestor de mantenimiento definir
una estrategia de mantenimiento de acuerdo con estos criterios principales:
• Debe estar garantizada la disponibilidad de los dispositivos para su función requerida,
al coste óptimo que sea posible alcanzar.
• Deben observarse los requisitos de seguridad específicos para cada dispositivo tanto en
cuanto al personal de mantenimiento como en cuanto a los operarios que lo manipulan;
y allí donde sea necesario, deben tenerse en cuenta los posibles impactos en el entorno.
La guía GPBP2) exige al propietario del proceso “identificar los parámetros críticos y las
variables de proceso y establecer los límites aceptables”. Por esta razón, los planes de
mantenimiento deben ir precedidos de un análisis de mantenimiento que ofrezca una
clasificación de los puntos que se van a examinar. Este requisito puede parecer
bastante simple, pero un examen más profundo de las necesidades y funciones de los
1) EN 13306, 2001 (de/fr/en): Terminología de mantenimiento.

2) Guía ISPE, GPBP. Guía Práctica del Buen Proceder / Gestión de calibración.
283
Mantenimiento E+H Medición de caudal
procesos de negocio revela a menudo objetivos contrapuestos. Entre los objetivos

habituales suelen estar los siguientes:
• Reducción de peligros para las personas, el medio ambiente y la planta.
• Adherencia a los requisitos legales (seguridad e higiene personales y
medioambientales).
• Reducción de la pérdida o de las fluctuaciones de calidad en el producto (por ejemplo,
Six Sigma).
• Cumplimiento de las directrices de la empresa: reducción de los costes de
mantenimiento o alguna estrategia de contratación externa.
• Consideración de las crecientes exigencias de la planta, por ejemplo, por medio de un
turno adicional por día.
• Creación de criterios de decisión para los (nuevos) sistemas de administración para la
toma de decisiones
(TPM, RCM, RBM, ISO 9001, ISO 14001, etc.).
• Aumento de la fiabilidad y ejecución de la planta.
• Aumento de la eficiencia en las tareas de mantenimiento o en otras tareas
cuantificables.
• Optimización de la gestión inventarial y mejora de la cadena de suministradores de
piezas de repuesto.
• Evaluación anticipada de requisitos en piezas de repuesto y elaboración de presupuestos
relativos a los costes de las piezas de repuesto.
• Reducción de los costes de operación debidos a paros no previstos, pérdidas de
producto, etc.
Un plan de mantenimiento bien diseñado también ha de tener en cuenta los cambios que
ocurren con el tiempo. Su estructura ha de ser suficientemente flexible para que pueda
adaptarse con facilidad a los requisitos cambiantes. Tampoco debería olvidarse actualizar
las listas de dispositivos en el registro de componentes, pues ello convertiría el plan de
mantenimiento en prácticamente inútil
Mantenimiento rutinario
Hay diversos métodos para comprobar caudalímetros. Se puede retirar el caudalímetro de
su emplazamiento y llevarlo a un laboratorio autorizado para una completa calibración
“en mojado”, lo cual implica tener que parar el proceso y no suele ser una propuesta viable
para sensores de diámetro grande (DN > 250/10"). También se pueden comprobar en
campo con herramientas semiinteligentes que ayudan a identificar problemas. Pero el
método más común – con diferencia – parece ser el uso de dispositivos eléctricos que
simplemente verifican las funciones de entrada y salida del transmisor. A continuación,
una verificación de la electrónica determinaría si hay algún fallo en esta parte del sistema
y una inspección visual del interior del tubo de medición revelaría los fallos evidentes –
ambos tipos de fallos suelen venir indicados por una inestabilidad en las lecturas del
caudal.
284
E+H Medición de caudal Planes de mantenimiento
Una calibración completa “en mojado” siempre es la opción preferible, pero por razones
prácticas y operativas nunca suele llevarse a cabo. Muchos de los caudalímetros modernos
van provistos de estándares de referencia internos, rutinas de diagnóstico y funciones de
autocomprobación. Estos caudalímetros son los más adecuados en plantas donde la
fiabilidad y el tiempo útil son de importancia capital.
La necesidad de las rutinas de mantenimiento se desprende a menudo de la propia planta.
Estas fuentes de información suelen ser el medio más común para identificar problemas
de medición y permiten desarrollar unos buenos planes de mantenimiento basados en las
necesidades operativas reales. Otros tipos de mantenimiento rutinario incluyen la
sustitución de componentes clave durante el paro anual de la planta, tanto si se han
detectado problemas como si no. Estas piezas pueden ser pivotes, rotores, tarjetas
electrónicas, transmisores completos y, de cuando en cuando, elementos de medición
primarios.
Planes de mantenimiento
Estructura de un plan de mantenimiento

Como primer paso, es preciso esbozar una visión detallada de la planta. Esto se puede
lograr por medio de una auditoría o de un seguimiento continuado de la planta tras su
puesta en marcha –por ejemplo, con asistentes de software creados especialmente para la
identificación de prioridades. Una hoja de cálculo permite trabajar hasta con unos 100
caudalímetros; no se recomienda para un número mayor de dispositivos.
El “Installed Base Analyst” [Analista de Planta Instalada] fue concebido como una
aplicación de software de apoyo para los consejeros del servicio de consultas “Soluciones
para la gestión de instrumentos” de E+H. Este programa puede registrar la instalación
entera y clasificar los caudalímetros entre 40 grupos según su principio y tipo de medición.
Así, un consejero de E+H puede identificar las áreas de prioridad alta, pues conoce con
exactitud todos los puntos críticos del proceso para cada dispositivo, los gastos de
conservación y las necesidades de mantenimiento. Una vez completada la base de datos
de la planta, ya se pueden establecer las prioridades y elaborar los planes.
El plan de mantenimiento orientado a tareas

Una aproximación práctica a una planificación de mantenimiento tiene en cuenta las
tareas operativas siguientes:
• Preparación para situaciones de fallo o avería (plan de contingencia para un
mantenimiento correctivo).
• Planificación de las actividades principales (mantenimiento preventivo).
• Clarificación del ciclo de vida “útil” o sustitución de los equipos de campo.
• Mantenimiento preventivo (el equipo puede reconocerse en sí mismo y en la señal la
necesidad de llevar a cabo tareas de mantenimiento).
285
Planes de mantenimiento E+H Medición de caudal
Las plantas de procesamiento suelen estar diseñadas para estar en funcionamiento de 7–

10 años o más. Con frecuencia, se espera un ciclo de vida útil superior a 10–15 y algunas
plantas superan los 20 años en funcionamiento. Se espera que durante su vida útil, las
plantas ofrezcan una creciente producción de salida y un nivel de calidad cada vez mayor.
El diseño técnico de los equipos de campo cambia y mejora con mucha más rapidez para
lograr que los nuevos productos se beneficien de las últimas tecnologías. La compatibilidad
entre aparatos de generaciones sucesivas es un objetivo importante para el fabricante de
instrumentos. Los fabricantes también han de incorporar nuevos requisitos legales como
ATEX, Seguridad Funcional (IEC 61508) o la Directiva sobre Equipos a Presión; estas
nuevas exigencias han hecho aparecer nuevos modelos u opciones nuevas y han vuelto
obsoletos algunos de los modelos más viejos. Y por último, aunque no por ello menos
importante, los desarrollos en tecnología de buses involucran actualizaciones regulares de
software. La tabla siguiente presenta algunos “ciclos tecnológicos”.
Las actualizaciones tecnológicas pueden abrir una puerta a importantes mejoras
potenciales. Por este motivo, una mejora tecnológica de las zonas críticas de una planta
de procesamiento suele ir asociados a beneficios significativos:
• Procesos de control mejores y más ajustados
• Mayor eficiencia de procesamiento
• Vida útil más larga (MTBF/MTTR → Página 306)
También es necesario valorar las implicaciones de disponer de piezas de repuesto en stock

y de personal entrenado.
Comparación de ciclos de vida tecnológicos:
• Aspectos relativos al software, parches y mejoras 6 – 18 meses
• Diseño de hardware (cambios internos) 1 – 3 años
• Nueva generación, modelo completamente revisado 4 – 8 años
• Cambio de la tecnología básica (por ejemplo, de caudalímetros 10 años o más

volumétricos de desplazamiento positivo a caudalímetros másicos
Coriolis)
Plan para casos de disfunciones

En caso de funcionamiento incorrecto, es necesario sustituir el dispositivo completo o bien
algunas partes de éste. En este punto hay que considerar la posibilidad de tener a
disposición personal preparado y piezas de repuesto en stock listos para reparar las
aplicaciones de proceso más críticas para intentar que el tiempo de paro sea lo más corto
posible. Estas decisiones dependen de los requisitos de los procesos para los tiempos de
286
reparación y la ejecución del tiempo de reparación habitual. En términos generales,

podemos señalar que hay dos estrategias de reparación básicas:
1. Sustitución de todo el dispositivo en caso de fallo.

2. Reparación del dispositivo por sustitución de piezas (como los módulos de
electrónica) sin retirar el equipo de la tubería.
El primer método implica el nivel inferior de preparación específica por parte de los
individuos involucrados en el trabajo. Por otra parte, vaciar un depósito o una tubería para
sustituir el equipo completo puede representar un gasto y un consumo de tiempo
elevados. A menos que la aplicación origine un intenso e inesperado desgaste del sensor,
las estadísticas demuestran que este componente es el que con menos probabilidad va a
fallar, sobre todo si no tiene partes móviles.
En cambio, algunos modelos de transmisores presentan una probabilidad de fallo superior
a la que se esperaría. Los sensores modernos suelen tolerar bien incluso picos de presión
y oscilaciones de temperatura. Sustituir el módulo de la electrónica puede ser una
reparación rápida y económica. Aquí es donde la estandarización juega un papel
importante.
Plan de mantenimiento preventivo

Para evitar tareas de mantenimiento innecesarias y reducir el riesgo de costosos paros de
producción, es importante definir unas prioridades de mantenimiento, calibración e
inspección periódicas en función de los requisitos específicos de cada tipo de dispositivo y
los procesos en cuestión. Es más, el programa de ayuda también debería destacar la
necesidad de sustituir piezas de servicio y partes desgastadas cada cierto tiempo.
La agenda de las tareas de mantenimiento para los dispositivos críticos depende de
diversos factores como el nivel de autodiagnóstico y los efectos potenciales de un fallo o
un error de proceso. ¿Se detectaría a tiempo una deriva en los valores de caudal que
evitara problemas de calidad?; ¿o son necesarias una inspección, o incluso una calibración,
periódicas?; y en caso afirmativo, ¿con qué frecuencia? Algunos dispositivos, como los
caudalímetros volumétricos de desplazamiento positivo, necesitan claramente una
inspección regular y un mantenimiento o hasta una calibración.
En otros casos, la necesidad de unas tareas de mantenimiento regulares depende de las
condiciones de proceso particulares y de aspectos ambientales –un ejemplo típico es una
abrasión intensa debida a las propiedades del fluido. Además, los requisitos internos o
externos de calidad determinan la recomendación de un régimen periódico de inspección,
mantenimiento o calibración.
Todos los dispositivos que necesitan un mantenimiento determinado tienen que estar
contemplados en el plan de mantenimiento. La exportación de información relacionada
con el mantenimiento del dispositivo desde el programa de asistencia (por ejemplo,
“Installed Base Analyst” de E+H) hacia el sistema local de planificación de tareas de
287
mantenimiento (CMMS = Computerized Maintenance Management System, o “sistema

de gestión de mantenimiento computerizado") simplifica la planificación de las tareas de
mantenimiento y calibración, la siguiente etapa del proceso. La calibración de
caudalímetros en campo es especial por varios motivos. No es una tarea fácil y los métodos
indirectos no están estandarizados, de modo que la calibración de los caudalímetros se
excluye de la agenda a pesar de que pueden ser cruciales para la ejecución de la planta de
procesamiento.
Muchas veces se recurre a simples comprobaciones: los caudalímetros modernos
raramente necesitan intervalos de calibración de menos de siete años en condiciones
industriales normales; pero sí necesitan inspección periódica para averiguar si hay
problemas de deriva o de cualquier otro tipo. Es recomendable efectuar inspecciones
periódicas rutinarias anuales. Algunas empresas especializadas como E+H pueden llevar a
cabo este trabajo de calibración en campo. También pueden ofrecer consejo acerca de los
intervalos de calibración adecuados para cualquier tipo de caudalímetros.
Riesgo para la facilidad de mantenimiento

Alto Medio Bajo
Importancia para el proceso
Alta
Área prioritaria
del plan
Media
de migración
Bajja
Fig. 148: Prioridades del plan de migración (plan de sustitución de dispositivos).
288
Planes migratorios (planes para la sustitución del dispositivo)

Los equipos de campo deberían evaluarse cada 3–5 años para determinar si es necesaria
su renovación. La gestión de un plan migratorio presenta las ventajas siguientes:
• Una visión general y control de toda la diversidad de dispositivos
• La determinación de los niveles de estandarización
• Un mayor control presupuestario
Es importante identificar los caudalímetros críticos del proceso que han alcanzado o se
aproximan al final de su vida útil, o que han quedado obsoletos por los cambios en la
legislación o por los requisitos de la empresa.
La Figura 148 muestra las áreas donde hay que prestar atención a las necesidades de
renovación/migración. Junto con la política de migración para los caudalímetros, es
necesario definir las prácticas de reducción de las diversas piezas de repuesto en stock.
Ésta también es una oportunidad para reducir dicha diversidad.
La sustitución de piezas también es un aspecto de la optimización de procesos, y los
efectos que conlleva también son beneficiosos. Un caudalímetro másico Coriolis instalado
en sustitución de un caudalímetro volumétrico de desplazamiento positivo también
genera una señal de caudal volumétrico, ¡pero además permite medir el caudal másico, la
densidad, la temperatura y la viscosidad! Esto significa un mejor control de las
proporciones de mezclado, por ejemplo, con lo que se optimizan los procesos químicos. A
veces, la sustitución de un caudalímetro electromagnético por un modelo nuevo puede
reducir el consumo de energía hasta un 50% o más; y aún podemos dar más ejemplos de
mejoras de respuesta de los circuitos de control o en aplicaciones de dosificación y
envasado por lotes. Los caudalímetros electromagnéticos modernos necesitan sólo una
fracción de la energía que gastaban este tipo de caudalímetros hace una década.
Agenda de mantenimiento
Una aproximación práctica al establecimiento de una agenda de inspecciones y/o
calibraciones rutinarias es una manera de garantizar un mantenimiento correcto de los
caudalímetros. Es necesario encontrar el equilibrio adecuado entre “no hacer nada” por
un lado – lo cual comporta un cierto riesgo de fallo del equipo, o en el peor de los casos
el paro general de la planta de producción – y un esfuerzo excesivo, por otra parte. Varios
programas ayudan a establecer este “equilibrio”. Diversas herramientas de software
ayudan al operario a elegir, planificar y supervisar constantemente los resultados de tales
acciones. Para ello, se utilizan datos empíricos que ayudan a decidir con precisión, por
ejemplo, cuándo es necesario calibrar, si es que efectivamente lo es.
La Figura 149 presenta una captura de pantalla de esta herramienta operativa. El
programa permite a los usuarios supervisar y documentar todos los aspectos de calibración
de caudalímetros en campo y adjunta importante información de situación como
instrucciones de verificación, información para la resolución de problemas y
procedimientos operativos normalizados (PON) para calibración en campo. El software
289
“Compucal” es compatible con la herramienta “Installed Base Analyst” de E+H, ya

descrita, y todos los equipos pueden intercambiar registros de datos. Ello permite
beneficiarse de los esfuerzos y el trabajo invertido en el análisis de la instalación. Por lo
tanto, esta herramienta es un gran apoyo para la planificación y el almacenamiento de
datos históricos de las tareas de mantenimiento y recalibración del caudalímetro.
Si se emplea correctamente, este tipo de herramientas garantiza un mantenimiento de los
caudalímetros y otros tipos de caudalímetros instalados en la planta razonable en términos
de relación coste/eficiencia. Esta herramienta se distribuye en un formato validado que
garantiza una compatibilidad completa con los registros electrónicos y con la legislación
sobre firmas digitales 21 CRF Parte 11.
Fig. 149: El programa de planificación de mantenimiento y calibración “Compucal Lite”.

Compucal es una marca registrada de Edward Dornan Manufacturing Ltd.
Mantenimiento y calibración en campo

El mantenimiento y la calibración en campo pueden resultar difíciles, ya que los
dispositivos de medición en cuestión suelen ser complejos, sistemas especiales que un
técnico no suele llegar a conocer con detalle. Además, el proceso de recalibración requiere
a veces herramientas especiales. Para el usuario con una gran base de caudalímetros
instalados puede ser sensato invertir en equipamiento de comprobación adecuado y
formación de los técnicos. Sin embargo, si la instalación es pequeña o los intervalos de las
tareas de mantenimiento son largos, es recomendable subcontratar esta actividad a una
290
empresa especializada en mantenimiento o calibración. E+H, por ejemplo, ofrece servicios

de calibración de este tipo.
Las buenas prácticas exigen una aproximación estructurada al mantenimiento y la
calibración en campo. Los intervalos de mantenimiento deberían determinarse a partir de
una combinación de conocimientos sobre tecnología de caudalímetros y comprensión de
su funcionamiento en la aplicación y de la importancia del dispositivo en el proceso de
planta. Las herramientas anteriormente descritas ayudan al usuario en este
procedimiento. El mantenimiento subsiguiente debería centrarse en estos puntos críticos.
Es necesario guardar un registro detallado de todos los dispositivos críticos, que, por
ejemplo, muestre las planificaciones de las rutinas de recalibración e inspección. Los
registros también deberían hacer referencia a las PON y a información adicional
relacionada con el dispositivo, por ejemplo, un diagrama de circuitos de control o un
manual de servicios o de instrucciones específico.
Habría que diseñar un procedimiento operativo normalizado (PON) para cada tipo de
dispositivo. Los PON suelen ser específicos de la tecnología y establecen instrucciones
para los técnicos intermedios en las diversas tareas de mantenimiento1). Los PON deben
contemplar detalles acerca de los aspectos siguientes:
• Aspectos de seguridad e higiene
• Válvulas de cierre
• Diagramas de cableado eléctrico
• Procedimientos de trabajo y
• Registros de datos.
Los resultados de la verificación se registrarán y documentarán. El registro puede consistir

en un certificado de calibración, un registro de verificación o una simple hoja de
comprobación. El comprobador y simulador “FieldCheck” de E+H puede imprimir datos
localmente (véase la página 409). A continuación, estos registros de datos históricos se
llenan con la documentación principal sobre el caudalímetro en cuestión.
Para garantizar las mejores prácticas de mantenimiento, los técnicos han de estar
formados y entrenados en las diversas tecnologías que se van a encontrar, y en el uso de
procedimientos operativos normalizados. Deberían verificarse regularmente tanto los
procedimientos de mantenimiento como los datos. Estos datos empíricos permiten ajustar
los intervalos de mantenimiento e incluso prescindir de determinadas operaciones y así
optimizar la relación coste/eficiencia del mantenimiento.
1) Endress+Hauser publica PON genéricos para el mantenimiento y la recalibración de todo tipo de

caudalímetros.
291
Clausura
La Figura 150 muestra la relación entre los planes de mantenimiento y los costes totales
correspondientes para la planta.
Punto óptimo:
coste mínimo
Ccoste total
ningún demasiado
mantenimiento mantenimiento
Nivel de mantenimiento
Fig. 150: Planes de mantenimiento y costes totales.
Un nivel bajo de mantenimiento implica unos costes elevados por la menor accesibilidad
al proceso y la mayor necesidad de gestión de crisis. También puede comprometer la
calidad del producto y causar problemas de suministro de piezas de repuesto. Por el
contrario, demasiado mantenimiento (o más que el nivel óptimo) incrementará
innecesariamente los costes de ejecución y previsión, y a menudo conduce a otros
problemas. El dicho “si no está roto, no lo toques” todavía tiene sus virtudes. Es una buena
estrategia para centrarse en el crítico y difícil punto de mantener los instrumentos y
además estar preparado para situaciones de fallo.
Un esfuerzo común por parte del fabricante y del operario para implementar el análisis de
mantenimiento y definir una estrategia de mantenimiento equilibrada ha demostrado ser
una opción efectiva. Los planes de migración proporcionan un medio sencillo de
mantenimiento de las instalaciones.
El seguimiento de las decisiones introducidas por una herramienta de software basada en
normas como el “Installed Base Analyst” de E+H simplifica el control de presupuestos,
implementación y costes. Asimismo, la certificación es más fácil y económica. La fiabilidad
de la planta se refuerza por un mejor control de los riesgos de mantenimiento.
292
Flow-es-Selection.fm Page 293 Monday, January 3, 2011 9:39 AM
7
Elección de caudalímetros
7. Elección de caudalímetros
Algunos comentarios introductorios E+H Medición de caudal
Algunos comentarios introductorios

La elección de un caudalímetro es complicada, en parte debido a la variedad de diseños y
tecnologías, pero también a la gran cantidad de factores que influyen en su elección. La
elección de caudalímetro puede obedecer a diversos criterios, pero su éxito depende de
que antes se hayan definido todos los parámetros de medida y de aplicación. Recuérdese
que la responsabilidad por la elección del caudalímetro es del usuario, no del
suministrador. Hay diversas maneras de elaborar una estimación de especificaciones:
• Contratar a un experto para que elija por el usuario.
• Estudiar la situación y elegir por sí mismo. El mercado ofrece diversos programas
especiales que permiten seleccionar entre la larga lista de dispositivos según el tipo, el
diámetro nominal, el campo de valores de presión, el material de fabricación, etc., hasta
hallar el modelo que mejor se adecúe a cada usuario. En la Página 320 se describe con
más detalle el programa de selección “Applicator”, que E+H ofrece en venta.
• Pedir estimaciones a los suministradores y confiar en su experiencia para la elección.
• Preparar una estimación de especificaciones completa que se adapte a la aplicación en
cuestión y al precio estimado.
Etapa 1 – “Definición de la aplicación”
1. Definir la aplicación 2. Definir las especificaciones para el

(factores, criterios): punto de medición:
Lista → Página 296 Hoja de datos → Página 412
5 Ajustar la selección: 3. Elegir entre los caudalímetros

Explicaciones → página 300 y sig. posibles: Tabla → Página 298
4. Verificar la ejecución de los
caudalímetros: Tabla → Página 413
Etapa 2 – “Elección del caudalímetro”
Fig. 151: Procedimiento para la elección de caudalímetros.
294
E+H Medición de caudal Definición de la aplicación
Si se opta por la última posibilidad, es preciso elaborar un listado exhaustivo de todos los
factores relevantes. A partir de este listado, será responsabilidad del suministrador
proporcionar al cliente un aparato que cumpla con todos los requisitos y parámetros de la
aplicación. Esta opción se puede dividir en dos etapas:
1. Definición de la aplicación (incluidos los factores relevantes)
2. Elección del caudalímetro
Las dos secciones siguientes tratan acerca de estas dos etapas. La Figura 151 muestra las
listas, tablas y listas de verificaciones que hallará en este manual para simplificar el proceso
de selección.
Definición de la aplicación
El punto de partida es la cuestión siguiente: “¿Nos hace falta realmente un caudalímetro?”
Lo único que se requiere en muchas aplicaciones de proceso es una indicación de
circulación de caudal. En estos casos, podemos comprar un simple indicador de
circulación de caudal a una fracción del coste de un caudalímetro. Estos mismos
indicadores pueden ir provistos de conmutadores de alarma de nivel bajo o nivel alto, si
la aplicación lo requiere.
Si no es necesario alcanzar exactitudes de lectura superiores al 5 o 10%, a menudo bastará
un simple indicador de presiones diferenciales provisto de diversos juegos de
obstrucciones para procurar los cambios de sección precisos en la tubería. Si, a pesar de
todo, se requieren exactitudes de indicación superiores al 5%, ya es necesario disponer de
un caudalímetro.
Antes de pasar a su elección, el usuario ha de conocer, o por lo menos tener una buena
estimación, de los factores siguientes:
1. Las propiedades químicas y físicas del fluido y de los agentes limpiadores, cuando
proceda
2. El rango de valores del caudal esperado o requerido
3. Los rangos de valores de la temperatura y la presión del fluido
4. Las temperaturas ambientes
5. La duración del proceso (continuo o por lotes)
6. ¿Se requiere limpieza CIP?
7. Ubicación del caudalímetro
8. Accesibilidad para mantenimiento o calibración
9. Algunas consideraciones sobre seguridad
10. Requisitos de precisión de la medición
11. Disponibilidad de fondos para la compra
295
Definición de la aplicación E+H Medición de caudal
Los factores enumerados se mencionan intencionadamente en este orden porque los

primeros nueve determinan la precisión total alcanzable, que es el décimo elemento de la
lista. Y estos diez factores afectan al último, y con frecuencia el factor más importante, el
presupuesto. De algún modo, este esquema general representa el proceso de selección de
un caudalímetro. Sin embargo, a menudo se empieza por el final: primero se asignan los
fondos para un nivel de precisión de medición alto sin haber tenido en cuenta todas las
condiciones. Recomendamos a los usuarios que empiecen por considerar las propiedades
del fluido y terminen con los aspectos financieros, y no al revés.
Aún hay otras consideraciones básicas que afectan a la elección de un caudalímetro. Es
conveniente agruparlas en consideraciones sobre:
• las propiedades del fluido.
• la instalación del equipo.
• el entorno
• económicas
• de ejecución (propiedades del equipo)
Propiedades del fluido Condiciones de entorno

– Tipo de fluido (gas, líquido o mixto) – Temperatura ambiente
– Caudal en tubería cerrada o en canal abierto – Interferencia eléctrica local
– Presión de trabajo – Humedad
– Temperatura de trabajo – Factores locales de seguridad
– Densidad del fluido – Efectos de la presión atmosférica
– Viscosidad del fluido
– Compresibilidad del fluido Aspectos económicos
– Propiedades químicas – Precio de adquisición
– Abrasividad – Costes de instalación
– Fase única o fluido multifásico – Costes generados por la falta de precisión en
– Presencia o ausencia de partículas sólidas en la medición
suspensión – Costes de operación
– Costes de mantenimiento
Instalación – Costes de calibración
– Diámetro nominal y orientación – Costes de las piezas de repuesto
– Dirección de circulación del caudal – Coste de tenencia en propiedad
(unidirecional o bidireccional)
– Tramos de entrada y salida Ejecución (propiedades del dispositivo)
– Presencia de vibraciones en la tubería – Requisitos de precisión de la medición
– Ubicación y tipo de válvulas más cercanas – Requisitos de repetibilidad
– Ubicación y tipo de accesorios más cercanos – Requisito de rangeabilidad
– Filtros y acondicionadores de caudal – Pérdida de carga máxima aceptable
– Conexiones eléctricas – Tiempo de respuesta a los cambios de tipo
– Accesibilidad para servicio función escalón
– Necesidad de tuberías / válvulas de derivación – Señales de salida
– Presencia de bombas o compresores cercanos
296
E+H Medición de caudal Elección del caudalímetro
Cada uno de estos grupos se asocia a unos criterios y se requiere una cierta meticulosidad
para atenderlos todos. La contemplación cuidadosa de todos los criterios enumerados en
esta lista de verificaciones permite compilar las especificaciones correspondientes para
cualquier aplicación. Los criterios correspondientes a cada grupo se describen en detalle
en la página Página 300 y sig.
Por supuesto, en lo que concierne a la compilación de especificaciones para los
suministradores también es necesario tener en cuenta otros factores como las conexiones
a proceso, el tamaño y el peso del caudalímetro, los materiales que se vayan a emplear y
la posibilidad de actualizar el contador gradualmente con los avances tecnológicos.
El apéndice (→ Página 412) incluye una hoja de datos de “Especificaciones del contador”
que pretende ayudar a delimitar los parámetros principales necesarios para reducir la lista
de caudalímetros adecuados para una aplicación determinada.
Elección del caudalímetro

Una vez se han delimitado los factores determinantes y definido con detalle la aplicación,
es hora de considerar qué caudalímetros (o, más exactamente, qué principios operativos)
van a ser más adecuados para la aplicación en cuestión.
En la tabla siguiente (→ Página 298) se da una lista de algunos tipos de caudalímetros
(grupos 1–12 según BS EN 7405) que se han empleado con éxito en las aplicaciones
enunciadas en la columna de la izquierda. Se han elegido cuatro categorías principales
(aplicaciones con líquidos, con gases, mixtas y en canales abiertos) con varios ejemplos
típicos de cada ámbito ilustrativos de amplias áreas de aplicación. Su éxito se clasifica
como “Apto”, “Apto con condiciones” y “No apto”. Obsérvese lo difícil que resulta hallar
caudalímetros aptos para las aplicaciones más difíciles.
En una segunda tabla del apéndice se muestra una comparativa de los diversos tipos de
caudalímetros y modelos entre sí en términos de capacidades de ejecución (→ página 413
y sig.). La información contenida en estas tablas ayudará al usuario a ajustar su elección.
297
Elección del caudalímetro E+H Medición de caudal
Ámbitos de aplicación de los caudalímetros
Aplicaciones con líquido Gr. 1 Gr. 2 Gr. 3

Líquidos limpios (p.ej. agua) ✓ ✓ ✓
Líquidos con caudales bajos (<2 l/min, <2 gal/min) ✓ ✓ ✓
Líquidos con caudales altos (>20,000 l/min; 5.280 gal/min) ✓ – ?
Caudal en tuberías de diámetro grande (DN > 500/24") ✓ – –
Líquidos no conductores (p.ej. aceites, disolventes) ✓ ✓ ✓
Líquidos calientes >200 °C / 390 °F ✓ ? –
Líquidos viscosos >50 cP (p.ej. hidrocarburos, pinturas) ? – ✓
Fluidos criogénicos (p.ej. O2 líquido) ? – –
Fluidos higiénicos (leche, cerveza, zumos) – – ✓
Aplicaciones con gases
Caudales de gases en general (p.ej. aire) ✓ ✓ ?
Gases con caudales bajos (<20 l/min, <5 gal/min) ? ✓ ✓
Gases con caudales bajos (sistemas HVAC) ✓ – –
Caudales de gases calientes (>200 °C / 390 °F) ✓ – –
Vapor ✓ – –
Aplicaciones mixtas
Caudales de lodos o partículas sólidas (p.ej. pinturas) ? – –
Mezclas líquido/líquido (aceite/agua) ✓ – ?
Mezclas líquido/gas (agua/aire) – – –
Líquidos corrosivos (ácidos o básicos) ? ? ?
Caudales de gases corrosivos (p.ej. vapor de HCl) ? ? –
Aplicaciones en minería (lodos mineros, etc.) ? – –
Caudales de polvos/granos – – –
Aplicaciones en canales abiertos
Aplicaciones generales (p.ej. canales, ríos) – – –
Caudales con sedimentos (p.ej. alcantarillas, aguas residuales) – – –
Sistemas de riego (lluvia/aguas sin tratar) – – –
✓ Apto
? Apto con condiciones (según el tipo de aplicación, de contador y de materiales)
– No apto (puede haber soluciones especiales)
298
E+H Medición de caudal Elección del caudalímetro
Gr. 4 Gr. 5 Gr. 6 Gr. 7 Gr. 8 Gr. 9 Gr. 10 Gr. 11 Gr. 12

✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ – ✓
✓ – ✓ ? ✓ ✓ ? – –
✓ ? ✓ ✓ – – – – ✓
? – ✓ ✓ – – ✓ – ✓
✓ ✓ – ✓ ✓ ✓ ✓ – –
✓ ✓ – ? ✓ ? ✓ – –
– – ✓ ? ✓ – ? – –
✓ ✓ – ✓ ✓ – ✓ – –
✓ – ✓ ✓ ✓ – – – –
✓ ✓ – ? ✓ ✓ ? – –
? – – – ✓ ✓ ✓ – –
– ? – – – ✓ ? – –
? ✓ – ? ? ? ✓ – –
– ✓ – ? ? – ✓ – –
– – ✓ ? ? – – – –
? ✓ ? ? ✓ – ? – –
– – ? – ? – ? – –
? ? ✓ ✓ ✓ – – – –
? ? – – ? – – – –
– – ✓ – – – ? ✓ –
– – – – – – ? ✓ –
– – ✓ – – – ✓ – ✓
– – ✓ – – – – – ✓
– – ✓ – – – – – ✓
Grupo 1 = Contadores PD (orificios, etc.) Grupo 7 = Caudalímetros ultrasónicos

Grupo 2 = Otros PD (AV, Pitot, etc.) Grupo 8 = Caudalímetros másicos Coriolis
Grupo 3 = Contadores de desplaz. positivo Grupo 9 = Caudalímetros térmicos
Grupo 4 = Contadores de turbina Grupo 10 = Otros tipos de contadores (Pág. 175)
Grupo 5 = Caudalímetros Vortex Grupo 11 = Contadores para caudales de sólidos
Grupo 6 = Caudalímetros electromagnéticos Grupo 12 = Contadores para canales abiertos
299
Elección según las propiedades del fluido E+H Medición de caudal
Elección según las propiedades del fluido
Tipo de fluido (gas, líquido o mixto)

La mayoría de caudalímetros están diseñados para funcionar con líquidos o con gases, pero
no con una mezcla de estas dos fases. Es esencial que el modelo o tipo elegido sea
adecuado a la aplicación.
Medición en tuberías cerradas o en canales abiertos

Los caudalímetros para tuberías cerradas no suelen ser aptos para aplicaciones en canales
abiertos. La excepción a esta regla son los contadores de inserción (véase la página 196) y
algunos contadores de tipo electromagnético, que pueden emplearse en ambos tipos de
aplicaciones.
Presión y temperatura de trabajo

La presión de trabajo puede causar cambios tanto en la densidad del fluido como en
cavidades huecas, y su efecto puede ser complejo y difícil de evaluar. Asimismo, la
temperatura de trabajo (y sus variaciones durante el proceso) pueden provocar cambios
en la densidad y la viscosidad además de efectos de dilatación y contracción de volúmenes
o componentes. Éstos pueden darse simultáneamente y entonces los efectos se
compensan entre sí y el efecto global puede ser cero. Por ejemplo: a medida que la
temperatura aumenta, la viscosidad del fluido disminuye, y con ello, el rango de valores
de un contador PD. Sin embargo, el juego mecánico (los volúmenes interiores) también
se reducen por dilatación debida a la temperatura, y el rango de valores vuelve a aumentar
(o incluso reducirse más aún, según el tipo de elemento de medición).
Gas en líquidos
Uno de los efectos más comunes en fluidos es la presencia de gases en líquidos. Una buena
elección para esta situación podría ser un contador Venturi, ya que el gas no afectaría de
forma significativa a la medición de la presión, en particular si los orificios de toma
estuvieran en la línea central horizontal.
Las burbujas de gas vuelven los fluidos compresibles y también afectan a la velocidad de
propagación del sonido en el fluido. Los caudalímetros Coriolis ultrasónicos, de turbina y
de desplazamiento positivo serían los más afectados por estos factores, sobre todo si el
contenido en gas fuera del 2–5% en volumen o superior. El problema se agudiza a medida
que la viscosidad se incrementa (aunque no para los caudalímetros másicos Coriolis).
Abrasión
Esta situación es muy frecuente en caudales bifásicos, por ejemplo con lodos. La presencia
de pequeñas partículas, como el propio óxido de la tubería o arenisca, provocan un
aumento continuo del error, que acaba con el fallo del equipo, si no se corrige.
300
E+H Medición de caudal Selección según el tipo de instalación
El efecto de la abrasión en los contadores de placa de orificios es una pérdida de nitidez

de los contornos; los contadores de desplazamiento y de turbina sufren daños en los
pivotes y el rotor, los revestimientos internos de los caudalímetros electromagnéticos se
van usando, sobre todo en la entrada. Estos efectos se pueden combatir con anillos
protectores y revestimientos resistentes a la abrasión, y se han empleado contadores
electromagnéticos equipados de este modo en aplicaciones con lodos de bauxita y lodos
de mina. Sin embargo, en algunos caudalímetros electromagnéticos se ha observado que
los lodos que presentan susceptibilidad magnética significativa (como las menas de hierro
o níquel) alteran el flujo magnético generado por las bobinas. Existen modelos de
contadores y técnicas que compensan estos efectos.
Los fluidos abrasivos también pueden desgastar los cuerpos de interferencia (bluff body)
de los caudalímetros Vortex, y las caras frontales de los transductores piezoeléctricos en
los caudalímetros ultrasónicos pueden necesitar algún tipo de protección en aplicaciones
parecidas. En estos casos se puede producir una modificación de la frecuencia de
formación de vórtices y de inyección de ultrasonidos, que pueden provocar grandes
errores.
Número de Reynolds
El número de Reynolds también afecta al perfil de velocidades del caudal y, por ser una
propiedad del fluido, suele ejercer una mayor influencia en la medición. Este fenómeno
se da, en particular, en contadores sobredimensionados por una pérdida de carga. Los
contadores que pueden funcionar a números de Reynolds bajos incluyen caudalímetros de
desplazamiento positivo, electromagnéticos y Coriolis, además de vertederos y canales en
caudales tranquilos. Los efectos de un número de Reynolds demasiado bajo serían la
pérdida de linealidad y la degradación de la señal de salida.
Tamaño del contador

El tamaño del contador debe obedecer al delicado equilibrio de asegurar su
funcionamiento en caudales turbulentos sin experimentar pérdidas de carga excesivas. La
experiencia demuestra que el tamaño de un contador que trabaje con fluidos no
newtonianos debería estar un punto por debajo del óptimo, por los efectos de fatiga
cortante que se producen en el interior del contador.
Selección según el tipo de instalación

Después de los problemas derivados de las propiedades del fluido, éste es el siguiente
punto que acarrea más fallos en aplicaciones con caudalímetros. Es recomendable leer el
Capítulo 5 (“Instalación") y las discusiones más detalladas de algunas de estas causas.
301
Selección según las condiciones del entorno E+H Medición de caudal
Orientación
La mayor parte de caudalímetros pueden funcionar en tuberías orientadas arbitrariamente
(horizontales, verticales, inclinadas). Las excepciones son los caudalímetros de sección
variable, la mayoría de contadores de desplazamiento y, por supuesto, los sistemas de
medición en canal abierto. Los distribuidores siempre podrán proporcionar información
más detallada acerca de este tema.
Dirección del caudal (flujo directo/inverso)

Pocos caudalímetros son capaces de medir caudales bidireccionales. La mayoría de
contadores de presiones diferenciales sólo pueden funcionar con caudales de flujo directo.
Algunos contadores especiales de placa de orificio y los tubos Pitot en general son la
excepción. Los contadores de gas de émbolo giratorio están entre los pocos contadores de
desplazamiento capaces de medir caudales de flujo inverso. La mayoría de contadores de
tipo turbina también pueden trabajar con caudales de flujo inverso. Los modernos
caudalímetros electromagnéticos, ultrasónicos y Coriolis pueden tratar con facilidad
caudales bidireccionales.
Tramos de entrada y salida

Este tema se trata con detalle en el Capítulo 5. Sin embargo, en términos generales se
puede afirmar que los accesorios simples corriente arriba de los caudalímetros requieren
longitudes rectas significativamente más cortas que los codos múltiples, las válvulas o las
bombas en el tramo de corriente arriba. Las perturbaciones procedentes del tramo
corriente abajo son menos críticas, aunque siempre debemos tener presente que todas las
perturbaciones generan ondas de presión que se propagan por la tubería en ambos
sentidos.
Siempre resulta conveniente tener un tramo de tubería recto a cada lado porque los
tramos rectos facilitan la accesibilidad y el mantenimiento. Independientemente de la
tecnología del contador, no es sensato prescindir de tramos rectos corriente arriba y
corriente abajo, simplemente por razones de facilidad de mantenimiento, incluso en los
casos en que el fabricante lo permita explícitamente.
Selección según las condiciones del entorno

El buen funcionamiento de algunos tipos de contadores puede alterarse por las
condiciones locales de su entorno. Esto incluye los efectos de la temperatura y la presión
locales fuera de la tubería, la presencia de potentes fuentes de alimentación cerca del
contador, rayos por tormentas eléctricas, interferencias eléctricas y humedad. Algunos de
estos efectos pueden combatirse con sensores y transmisores diseñados para funcionar en
entornos extremos.
302
E+H Medición de caudal Selección según las condiciones del entorno
Temperatura ambiente
La temperatura ambiente puede tener un efecto pequeño o nulo en la medición, y por otra
parte provocar grandes errores. La temperatura ambiente puede afectar a la medición de
muchas formas como las que se describen en la Página 272. Los caudalímetros modernos
están diseñados para funcionar sin necesidad de tomar precauciones especiales entre un
intervalo de temperaturas que va de –20 a +60 °C (–4 a 140 °F), de modo que las
temperaturas ambientes altas no son un problema en este sentido.
Sin embargo, a temperaturas por debajo de 0 °C (32 °F), las pantallas de cristal líquido
(LCD) dejan de funcionar, las tuberías pequeñas pueden congelarse o pueden condensar
vapores en lugares no deseados. En estos casos pueden ser necesarios una caja calefactora
para la electrónica o un traceado eléctrico por toda la tubería.
También es importante evitar cambios de temperatura bruscos, que pueden provocar
problemas mucho mayores que una temperatura alta o baja sostenida, como el efecto de
la dilatación de componentes clave en las dimensiones del contador. Debe procurarse que
los caudalímetros permanezcan a la sombra. Evítese la luz solar directa, especialmente en
climas cálidos.
En la Página 271 y sig. se discuten algunos otros factores que merecen ser considerados a
efectos de instalación. Entre ellos, el más importante son las interferencias eléctricas.
Siempre que sea posible, deberían utilizarse amplificadores de señal para garantizar un
nivel suficientemente alto en la señal transmitida que resulte relativamente inmune a
efectos eléctricos esporádicos. Los caudalímetros cuyo funcionamiento se basa en
principios mecánicos (por ejemplo, los caudalímetros de sección variable) no se ven
afectados por estos efectos de origen eléctrico, y lo mismo podemos decir de los
contadores de desplazamiento y de tipo turbina.
Por otra parte, una correcta puesta a tierra es esencial para el buen funcionamiento de los
contadores, sobre todo los de turbina, los ultrasónicos y electromagnéticos.
Entrada de agua
La entrada de agua puede ser un problema para la mayoría de caudalímetros modernos.
El agua puede introducirse en forma de humedad o simplemente provenir del propio lugar
de instalación. En algunas aplicaciones, sobre todo en la industria de distribución de
aguas, los contadores se instalan en arquetas bajo tierra que pueden ser propensas a
inundarse. En estos casos hay que elegir sensores sumergibles para evitar que se estropeen
y trabajar con versiones IP 68 para la electrónica.
También el viento y la lluvia son a menudo un problema, especialmente en climas
tropicales. Además, en algunas industrias y aplicaciones es una práctica habitual rociar con
una manguera las tuberías y los instrumentos. En ambos casos son necesarios
compartimientos de la electrónica a prueba de agua, ya que en la mayoría de casos, el
sensor ya se ha diseñado para soportar tales condiciones.
303
Selección según criterios económicos E+H Medición de caudal
Zonas de riesgo
Los únicos equipos aptos para aplicaciones en zonas con entornos explosivos o
gases/vapores inflamables, tanto permanentes como esporádicos, son los equipos
certificados.
Algunas atmósferas cargadas de polvo (por ejemplo, minas de carbón) son particularmente
arriesgadas por el peligro de ignición o de explosiones en determinadas condiciones. El
equipo ha de estar diseñado e instalado de acuerdo con la clasificación de zona de riesgo
y otras normativas de seguridad (véase la página 343). Estas directivas están bien probadas
y son imprescindibles en este tipo de aplicaciones.
Selección según criterios económicos

A menudo este aspecto es el que dicta la selección del contador; por desgracia, el precio
de adquisición del equipo suele ser el único factor determinante. Pero el coste total de la
medición de caudal no es sólo la compra del instrumento. Estudios independientes
recientes han demostrado que el precio de adquisición representa sólo alrededor del 40%
del coste total de tener en propiedad un caudalímetro y hacerlo funcionar.
Precio de adquisición
A menudo, el precio de adquisición del contador es el único concepto que decide la
elección de la tecnología y el modelo específicos, sin apenas tener en cuenta lo demás. El
precio real depende en gran medida de las especificaciones del contador, como pueden
ser los rangos de valores de presión, los materiales de construcción, las funcionalidades
del transmisor, etc. La simple instalación del contador es en realidad el elemento más caro
en el primer año. Este hecho involucra tanto la instalación mecánica como la eléctrica, así
como la adquisición de tuberías y piezas auxiliares.
Costes de instalación
Los costes de instalación también deberían incluir los costes de la puesta en marcha. Los
costes de puesta en marcha son los costes generados por todos los aspectos de integración
del sistema de medición en los sistemas de control, más los costes de programación de las
funciones apropiadas. Algunos de los sistemas más complejos pueden requerir un ajuste y
calibración en campo y esto puede añadir una cantidad considerable de tiempo y dinero
de más al valor de instalación previsto.
Costes generados por incertidumbres en la medición

El coste más elevado -con diferencia- en medición de caudal se debe a los propios errores
sistemáticos de la medición. Este es un aspecto casi por completo ignorado. Cuanto más
caro sea el fluido que se vaya a medir, mayor será el potencial de la gran incertidumbre
económica.
La tabla siguiente muestra los costes de las “inexactitudes” en la distribución de agua en
Norteamérica. En el ejemplo se suponen un coste medio de 1,0 $ por cada 1.000 galones
304
E+H Medición de caudal Selección según criterios económicos
americanos (alrededor de 3,8 m3) y un contador de dimensiones correctas que funciona

aproximadamente a v = 5 pies/s, lo cual son valores bastante realistas. Las cuatro
columnas de la derecha de la tabla anterior muestran las pérdidas anuales, teniendo en
cuenta los errores de medición postulados. Dado que las lecturas de la mayoría de
contadores tienden a ser a la baja, este valor representa ingresos perdidos.
Esta tabla pone de relieve la importancia de tales pérdidas. La incertidumbre de los
ingresos con un contador Venturi nuevo DN 300/12" (1% de incertidumbre en la
medición) se situaría en torno a los 12.000 dólares americanos por año; y la cifra
correspondiente para un caudalímetro electromagnético de alto nivel de ejecución (0,5%
de incertidumbre en la medición) estaría sobre los 6.000 $. En conclusión: cuando el
usuario desea asegurarse el mejor instrumento instalado correctamente, el precio de
adquisición pasa a ser un aspecto mucho menos importante.
Costes debidos a las incertidumbres en la medición (v = 1,5 m/s, 5 pies/s)
DN Volumen Valor/día Error [%] y pérdidas/año [$]

[mm] [pulg.] [US gal/d] [$] 2% 1% 0,5% 0,2%
150 6 625.000 625 4.563 2.281 1.141 456
300 12 3.300.000 3.300 24.090 12.045 6.023 2.409
600 24 11.650.000 11.650 85.045 42.523 21.261 8.505
900 36 25.000.000 25.000 182.500 91.250 45.625 18.250
1.500 60 83.300.000 83.300 608.090 304.045 152.023 60.809
Precio por cada 1.000 US gal = 1,00 $; 1.000 US gal = 3,785 m3
Para grandes sistemas de suministro de agua con poco mantenimiento, el coste de la

medición es asombroso. Tómese un caudalímetro de DN 900/36" y una incertidumbre
del 5%, caso no inhabitual para contadores de Venturi de 20 años de antigüedad, por
ejemplo. Estos valores se han estimado a partir de datos históricos y asumiendo un nivel
de mantenimiento bajo. Luego, la incertidumbre en los ingresos está ahora por encima de
los 450.000 $, y este valor podría servir fácilmente ¡para pagar una renovación completa
o, por lo menos, una gran cantidad de tareas de mantenimiento!
En el otro extremo de la escala están los caudalímetros electromagnéticos, de DN 150/6",
cuidadosamente calibrados y con largos tramos de entrada y salida. La incertidumbre en
los ingresos en estas circunstancias no alcanza los 500 $ por año.
La conclusión es que para contadores más grandes, es mucho mejor comprar el mejor
instrumento más estable que se pueda adquirir y gastarse un poco de dinero en asegurarse
una buena instalación.
Costes de funcionamiento
Los costes de funcionamiento vienen determinados principalmente por los costes del
bombeo o eléctricos necesarios para el funcionamiento del contador. La adquisición de los
305
Selección según criterios económicos E+H Medición de caudal
caudalímetros modernos resulta quizá un poco más cara que la de los convencionales,
pero genera menos costes de funcionamiento y mantenimiento. Aquí, la optimización de
materias primas y de pérdidas de carga por medio de un dimensionamiento correcto es
importante para minimizar los costes de funcionamiento.
Costes de mantenimiento
Los costes de mantenimiento pueden variar en un amplio margen, según el principio de
medición y el modelo de contador. Los contadores con partes móviles requieren en
general mayores atenciones y la sustitución periódica de pivotes, rotores y émbolos. Las
placas de orificio han de ser inspeccionados con regularidad para garantizar que los bordes
no pierdan nitidez. A la práctica, todos los tipos de contadores están expuestos a
sedimentación, por lo que las inspecciones del interior de la tubería son tan importantes
como el mantenimiento mismo de los contadores.
Hay dos componentes básicos, el tiempo de funcionamiento y las distintas piezas. Los
factores clave que influyen en el tiempo de funcionamiento son el tiempo medio entre
fallos (TMEF) y el tiempo medio de reparación (TMR). Esta información debería
proporcionarla el suministrador durante la etapa de esbozo de las especificaciones. Un
TMEF corto o un TMR largo pueden influir en la elección de contador o del modelo de
un instrumento particular. Por otra parte, el coste de las piezas de repuesto aumenta en
general con la complejidad del contador.
Costes de calibración
A menudo, la calibración del instrumento se lleva a cabo tras la adquisición del aparato.
Sin embargo, algunas aplicaciones requieren una recalibración periódica en campo o en
un laboratorio (véase la página 407 y sig.). Una calibración de alta precisión para obtener
incertidumbres bajas puede generar unos costes correspondientemente altos por las
herramientas de calibración. A veces, por ejemplo en aplicaciones de facturación de
caudal, se integran sistemas de prueba en línea como parte de la instalación, y la
experiencia demuestra que el coste de este procedimiento es muy superior al de
adquisición del contador.
Otros contadores requieren verificaciones en campo con contadores de fijación externa,
métodos con trazadores o contadores de referencia instalados en línea. Son circunstancias
que deberían preverse en el sistema de tuberías. Asimismo, es aconsejable consultar el
consejo del suministrador acerca de la frecuencia requerida de verificación y calibración.
Costes de las piezas de repuesto

Las piezas de repuesto las suele suministrar la empresa distribuidora del contador, pero a
veces es posible adquirir piezas equivalentes por otros caminos a menor coste. Las piezas
de repuesto incluyen también filtros, válvulas y colectores, y equipamiento para la
limpieza o el diagnóstico de los electrodos. Todos estos elementos deberían considerarse
parte de los costes de mantenimiento y repuesto.
306
E+H Medición de caudal Selección según las características técnicas del contador
Costes de propiedad
Los costes de propiedad se incrementan significativamente con el tamaño, pero también
con la elección de la tecnología. La medición de alta precisión de fluidos de gran valor
requiere una atención cuidadosa además de inversión, por lo que las herramientas para las
operaciones de custody transfer tienden a ser elementos críticos caros. Puede suceder que
un caudalímetro cuya adquisición resulte económica, pueda tener aún un elevado coste
total de propiedad cuando se cuentan en conjunto todas las incidencias económicas al
cabo de cinco años.
Aún hay otros factores adicionales que pueden influir en la elección de un contador. Por
ejemplo, el tamaño y el peso del contador o los materiales de fabricación. Hay enormes
diferencias de tamaño y de peso entre, por ejemplo, un contador de turbina de DN 150/6"
y un caudalímetro másico Coriolis del mismo diámetro nominal. La mayoría de
caudalímetros se pueden fabricar de acero a un coste razonable, pero si se requieren
materiales de fabricación como titanio, hastelloy u otros aún menos comunes, su coste se
incrementará notablemente.
Preferencias personales
Las preferencias personales pueden ser decisorias, aunque no resulten ser la mejor opción.
Por ejemplo, en la ampliación de una planta de distribución de agua que emplea
contadores Venturi, la opción lógica hoy en día pueden ser los caudalímetros
electromagnéticos, pero el usuario quizá prefiera mantener la tecnología más antigua por
motivos de consistencia con su experiencia, mantenimiento y repuestos.
Selección según las características técnicas del contador

Los costes de ejecución (incertidumbre, reproducibilidad, linealidad, etc.) suelen
considerarse en general, junto con el precio de adquisición, como el criterio de selección
más importante. El usuario pretende obtener una ejecución excelente, incluso en las
aplicaciones más difíciles, al menor precio. Sin embargo, si no se tienen en cuenta de
forma adecuada los factores relativos a las propiedades del fluido, no estará nunca
garantizado un funcionamiento correcto y se estará tirando el dinero. Este es el motivo
por el que consideramos aquí los aspectos de ejecución, en lugar de haberlo hecho en su
lugar natural, al principio de este capítulo. Las características de ejecución más
importantes se resumen en el apéndice (véase la página 413).
Precisión
La tecnología de medición de caudal cambia con rapidez y continuamente se desarrollan
mejoras de ejecución para los caudalímetros de las tecnologías más nuevas. Sin embargo,
la ejecución de un caudalímetro es en gran medida dependiente de tres factores: las
propiedades del fluido, el tipo de instalación efectiva y la tecnología elegida; hasta el punto
que resulta difícil evaluar un factor independientemente de los otros.
307
Selección según las características técnicas del contador E+H Medición de caudal
La ejecución se juzga a menudo solamente a partir de los valores de precisión y

repetibilidad publicadas, pero hay que ser cautos en la interpretación de lo que se ha
establecido y lo que en realidad se ha conseguido. En este aspecto, sugerimos pedir
consejo experto e independiente como ayuda para la descripción de las especificaciones.
Por ejemplo, no deberían considerarse los caudalímetros ultrasónicos de efecto Doppler o
los equipos de inserción externa si se necesita una exactitud de medición superior al 0,5%.
Linealidad
La linealidad es otro factor que a menudo queda sin especificar en la literatura publicada.
El valor de una buena linealidad es importante para los contadores de salida de impulso,
en que un único factor de medición puede ser utilizado con cierta confianza (véase la
Fig. 10, Página 32). También hay que considerar el equipamiento auxiliar (sistemas de
tratamiento o de almacenamiento de datos) que pueden alterar la linealidad del sistema
entero si no se integran correctamente en el equipo de medición.
Rangeabilidad
La rangeabilidad de cualquier contador es crítica para el buen funcionamiento de las
aplicaciones. Los caudalímetros más modernos suelen presentar una rangeabilidad más
amplia, pero algunos diseños más antiguos de contadores de desplazamiento y de
inserción también han demostrado tener una buena rangeabilidad. Si un contador
presenta una alta repetibilidad, pero una linealidad no particularmente buena, se pueden
emplear técnicas de compensación electrónicas para incrementar su rangeabilidad. Las
empresas suministradoras de caudalímetros están en la mejor posición para ofrecer
consejo a este respecto.
Los efectos de las propiedades del fluido sobre el contador son especialmente importantes
para la estimación de la rangeabilidad. Los dos factores que más influyen son la densidad
y la viscosidad, por lo que la rangeabilidad debería decidirse en función de los efectos de
estos factores sobre cada tipo de contador. Una densidad mayor en general incrementa la
rangeabilidad; por el contrario, un aumento de la viscosidad puede reducir la
rangeabilidad de la mayoría de caudalímetros, aunque lo mejora en otros (contadores de
desplazamiento de paletas o de émbolo).
Pérdida de carga
La pérdida de carga puede variar considerablemente según cada principio de medición. El
tamaño y el campo de valores correctos optimizarán la pérdida de carga del sistema. Si se
dispone de una capacidad de bombeo limitada, la mejor elección sería invariablemente un
contador no intrusivo (sin piezas en el interior del tubo de medición que produzcan
pérdidas de carga). Las alternativas son los contadores que sólo ofrecen pérdidas de carga
por rozamiento, por ejemplo, los caudalímetros ultrasónicos o electromagnéticos, o
algunos tipos de equipos de inserción.
308
E+H Medición de caudal Selección según las características técnicas del contador
Las limitaciones relativas a la pérdida de carga máxima admisible han de determinarse

antes de empezar la selección. Con demasiada frecuencia, todos los problemas surgen
durante la puesta en marcha al no presentar la precisión y la repetibilidad esperadas. En
algunas aplicaciones con líquidos (por ejemplo, hidrocarburos con presiones de vapor
altas), una presión excesiva puede causar cavitación. Esto puede comportar grandes
errores de medición y un bajo nivel de repetibilidad, y en casos extremos, erosión y daños
en el contador durante largos intervalos de tiempo.
Señales de salida
A menudo la señal de salida determina la elección final del contador. Si se pretende
efectuar un balance de masa, es más lógico elegir un contador másico. Por el contrario, en
una aplicación de suministro de agua, el criterio es el volumen suministrado, por lo que
la elección natural es un contador volumétrico. La señal de salida puede ser tanto
analógica como digital, aunque la última es mucho más precisa. Teniendo en cuenta todos
los grupos de caudalímetros, las señales de salida pueden ser una función de las
magnitudes siguientes:
• caudal volumétrico instantáneo
• caudal másico instantáneo
• volumen total circulado (función de totalización)
• velocidad media del caudal
• velocidad puntual, etc.
Los contadores generan señales de salida de tensión o de corriente, pero en la mayoría de

casos también pueden proporcionar salidas de impulso para cada cantidad discreta de
fluido. Estas señales se pueden utilizar para la supervisión simultánea del caudal
instantáneo (cantidad por unidad de tiempo) y del caudal totalizado.
Con una configuración adecuada de las señales se puede obtener una salida de cantidades
de masa en caudalímetros volumétricos o al revés, señales de caudal volumétrico a partir
de caudalímetos másicos; el usuario debe cuidarse de discernir en cada caso lo que se está
transmitiendo. Los contadores de salida de impulso son más adecuados para la indicación
de caudal en aplicaciones de totalización, mientras que las salidas analógicas (4–20mA) se
suelen utilizar en lazos de control, cuyas salidas se emplean, por ejemplo, como entradas
de los posicionadores de válvulas.
La señal de salida puede variar desde unos pocos milivoltios hasta varios voltios (salida de
corriente) o desde cero hasta varios kilohercios en salidas de impulso/frecuencia. Por
descontado, el resto de componentes del sistema han de estar correspondientemente
adaptados. Algunos caudalímetros ofrecen diversas salidas analógicas y digitales para
conexiones simultáneas con más de un dispositivo y, de nuevo, este aspecto ha de
contemplarse en las especificaciones.
309
Selección según la relación optimización / coste de tenencia en propiedad E+H Medición de caudal
Tiempo de respuesta
El tiempo de respuesta puede ser importante para aplicaciones tanto de supervisión como
de control. En aplicaciones de suministro de agua, por ejemplo, la demanda se incrementa
notablemente en horas punta (almuerzo y cena) y puede ser muy baja durante las horas
nocturnas. La característica transitoria se da en forma de una constante de tiempo, el
tiempo que hace falta para que el contador alcance el 63,2% del nuevo nivel de salida.
Puede ser necesario proporcionar al contador una buena característica de respuesta para
el procesamiento de estas variaciones, o por otra parte, se puede optar por dotar al
contador de una salida de señal más lenta que sin embargo proporcione un valor medio
más preciso.
Selección según la relación optimización / coste de tenencia

en propiedad
Son tantos los factores que afectan a la buena elección de un caudalímetro, que el usuario
suele ser conservador en su elección por las consecuencias que puede acarrear una
decisión poco meditada o incorrecta. Estas consecuencias pueden llegar a un paro
completo de la planta, una pérdida de nivel productivo, problemas en la calidad de la
producción o fallos en la detección de todas las condiciones de riesgo.
En general, el usuario “peca por prudente” y adquiere instrumentos que tengan buena
prensa o que presenten los menos problemas posibles durante el servicio. Pueden no ser
la elección más acertada, pero son la opción “segura”. Este comportamiento es muy
habitual y explica por qué, por ejemplo, las placas de orificio continúan siendo aún el
caudalímetro de referencia en el 40% de los casos.
Durante su evolución, las empresas desarrollan sus propias reglas y procedimientos de
selección, y al ampliar las plantas o construir plantas nuevas, ya se suele haber elegido una
aplicación concreta. La otra cara de la moneda de este método es que los avances técnicos
y los beneficios reales que las nuevas tecnologías y los nuevos modelos proporcionan al
cliente han de confrontarse con el método “seguro”.
Con los nuevos procesos y una nueva generación de ingenieros en una organización, se
impone una re-evaluación de precios, ejecución, características y beneficios y, sobre todo,
del coste de tenencia en propiedad. Este último criterio es el modo correcto de optimizar
el proceso de selección. El usuario aún ha de sopesar las características y la sensibilidad de
los contadores existentes con la dinámica de fluidos del proceso, pero ahora en relación
con los costes del ciclo de vida completo, y no sólo respecto a unos precios de adquisición
bajos y un mantenimiento mínimo.
Los costes totales de funcionamiento merecen una atención especial cuando los proyectos
se subcontratan, porque los contratistas de planta industrial tienden a trabajar con un
horizonte que alcanza sólo el final del proyecto. Desde el punto de vista del usuario, el
310
E+H Medición de caudal Selección según la relación optimización / coste de tenencia en propiedad
caudalímetro “perfecto” podría quedar completamente especificado con las características

siguientes:
1. Un amplio rango de valores de temperatura de trabajo

2. Un amplio rango de valores de caudal de trabajo
3. Apto para medición de fluidos gaseosos y mixtos (aproximación “una sola
tecnología")
4. Inmune a turbulencias y distorsiones del perfil de velocidades
5. Materiales de fabricación compatibles con el proceso
6. Disponible en todos los tamaños (aproximación “una sola tecnología")
7. Inmune a las vibraciones y las pulsaciones de proceso
8. Pérdida de carga baja o nula para la máxima cantidad de producto
9. Verificable en campo o con posibilidad de calibración en campo
10. Estabilidad en la precisión de medición durante cinco años
11. Bajo coste de propiedad (precio de adquisición y costes de funcionamiento bajos)
Ningún contador reúne todas estas especificaciones ideales, ni hay previsión de alguna
tecnología emergente a corto plazo que cumpla todas estas demandas. Obsérvese cuántas
propiedades de fluido y parámetros de dinámica de fluidos están contenidos en esta lista.
Sin embargo, esta importante lista puede servir para sopesar las características de los
caudalímetros existentes en relación con el contador “ideal”.
Después de establecer una lista provisional de caudalímetros posibles con la ayuda de la
tabla de la Página 298, cada uno de ellos se puede evaluar con más precisión con una
puntuación en una escala del 1 al 10. La tabla de la Página 312 muestra un ejemplo
hipotético.
La tabla presenta una puntuación algo más alta para dos de las cuatro tecnologías que
representa. Estas puntuaciones pueden ayudar a restringir las opciones para la elección
final a sólo uno o dos tipos de caudalímetros. Naturalmente, los usuarios pueden ir un paso
más allá y dar a algunos parámetros un peso mayor que a otros según las necesidades y
preferencias particulares. Por ejemplo, podrían estimarse los costes totales de propiedad
como más importantes que los materiales de fabricación empleados. Así, restringiríamos
la puntuación del parámetro 5 (materiales) a una escala entre 1 y 5 y ampliaríamos la
puntuación del parámetro 11 (costes totales) de 1 a 15. De este modo, cada usuario puede
adaptar el proceso de selección a sus requisitos particulares y sesgarlo según los factores
que considere realmente importantes, que inevitablemente resultan ser los costes.
Recomendamos considerar los costes de propiedad por cinco años en lugar de los gastos
durante cinco años.
Cualquier decisión acerca de cualquier tema tiende a resultar un compromiso, y la
selección de caudalímetros no es ninguna excepción. El mercado pone a la disposición
simplemente centenares de modelos de caudalímetros diferentes y, en un breve espacio,
uno sólo puede empezar a percibir la dificultad de la medición de caudal y la complejidad
311
Selección según la relación optimización / coste de tenencia en propiedad E+H Medición de caudal
del proceso de selección. Recuérdese que distintos modelos pertenecientes a un mismo

grupo de caudalímetros basados en el mismo principio de medición pueden presentar una
amplia variedad de adaptaciones a proceso. Dos caudalímetros Vortex, por ejemplo,
pueden trabajar bien en una aplicación con vapor, pero los resultados de la medición
pueden divergir si el coeficiente de sequedad cambia, y entonces la elección deviene
mucho más clara.
Valoración respecto a la especificación “ideal”
Parámetro Opción 1 Opción 2 Opción 3 Opción 4
1 Temperatura 9 7 9 6
2 Rango de valores del caudal 4 7 8 5
3 Tipo de fluido 7 6 7 4
4 Propiedades dinámicas del fluido 5 6 7 5
5 Material de fabricación 7 5 6 8
6 Tamaños (diámetros nominales) 7 5 8 4
7 Inmunidad del proceso 6 5 6 6
8 Pérdidas de carga 6 7 8 7
9 Verificación en campo 7 5 5 5
10 Características técnicas estables 8 7 4 6
11 Coste de propiedad 6 7 3 7
Puntuación 72 67 71 63
Una vez elegida la tecnología, el usuario ha de elegir un suministrador. Esta elección

resulta igualmente difícil cuando uno considera, por ejemplo, que hay más de 30
suministradores de contadores de turbina en todo el mundo y más de 25 suministradores
de caudalímetros electromagnéticos. La elección final acaba recayendo en realidad en la
confianza en las capacidades y la experiencia acumulada de un fabricante de
caudalímetros. Calíbrese su competencia técnica, el tiempo que lleva como fabricante, la
amplitud del ámbito de mercado que cubre y la inclusión de las posibilidades de
calibración. La asistencia a seminarios y conversaciones con usuarios similares de otros
países también le serán de ayuda; y sin duda es imprescindible una verificación de datos
independiente.
Por último, deberían contrastarse los datos proporcionados a lo largo de todo este capítulo
con estudios semejantes procedentes de otras fuentes. Algunas sugerencias son la norma
estándar británica BS EN 7405, el Manual ISA de medición de caudal o cualquiera de los
muchos informes publicados sobre esta materia. Al final de este manual hallará una lista
de referencias bibliográficas.
312
E+H Medición de caudal Guía de selección para aplicaciones en canales abiertos
Guía de selección para aplicaciones en canales abiertos
Algunas observaciones iniciales

Las guías de selección para sistemas de medición en canales abiertos son algo distintas de
las que se emplean en aplicaciones de tubería cerrada. El tipo de fluidos que pueden
circular por tuberías cerradas es mucho más amplio, y la rangeabilidad de las presiones y
temperaturas de proceso también son mayores.
Las aplicaciones en canales abiertos suelen basarse en fluidos de tipo acuoso que circulan
en circunstancias de temperaturas climáticas normales o presiones muy cercanas a la
atmosférica. A la práctica, la selección se restringe al dispositivo principal (tipo de
vertedero, de canal, etc.) y a un sensor para el registro del nivel del agua (de flotador, de
presión, capacitivo o ultrasónico, etc.). Remitimos al lector a la Página 158 y sig. para los
principales principios de medición.
Las directivas de las normas estándares y las aplicaciones para canales abiertos están bien
desarrolladas y aceptadas (véase la página 314, 327). En muchos de estos documentos, el
usuario puede hallar tablas de tamaños, indicaciones sobre velocidades, ritmos de
descarga, información acerca de las dimensiones, además de información acerca de
múltiples aplicaciones.
Criterios de selección para sistemas de medición en canales abiertos

En la tabla de la Página 314 se da una lista de las características más importantes de los
métodos típicos de medición de caudal en canales abiertos. La tabla facilita la valoración
de cada técnica en términos de sus posibilidades relativas de adaptación a aplicaciones
concretas. Los criterios son notablemente distintos de los empleados para aplicaciones en
tubería cerrada.
Incertidumbre de la medición (“precisión”):

La incertidumbre requerida y el rango de valores de caudal son los dos factores que más
influyen en la selección del tipo de elemento principal para el canal abierto. Las
incertidumbres intrínsecas de las diversas estructuras de medición en canales abiertos
(vertederos, canales, etc.) pueden variar notablemente y no todas las técnicas resultan
igual de adecuadas para un mismo caudal o rango de valores de medición.
La tabla de la Página 314 muestra las incertidumbres y los rangos de valores de trabajo
que se obtienen para cada tipo de estructura:
Los vertederos de pared delgada son las estructuras que presentan una incertidumbre
menor (aproximadamente de 1 a 4%), pero sólo sirven para caudales bajos. Los canales y
los vertederos con laterales anchos y elevados presentan un rango de valores de
incertidumbre del 2 al 5%. La tabla también menciona los ámbitos comunes de aplicación
de los diversos métodos de medición. Obsérvese que para caudales con arrastre de
313
Guía de selección para aplicaciones en canales abiertos E+H Medición de caudal
sedimentos y corrientes de aguas de alcantarillado y que arrastran escombros se prefiere

los canales, pues la naturaleza de estos diseños permite un alto grado de determinación
de caudales grandes. Todos los tipos de estructuras presentan limitaciones de tipo
geométrico, que recogen las normas estándares apropiadas.
Métodos de medición (norma ISO) Ritmo de descarga Error Rango de

Aplicaciones típicas valores
Verteduras de pared delgada (ISO 1438): 0,001 – 1 m3/s 1 – 4% 0,1 – 1 m

– Para aguas limpias 0,04 – 35 pies3/s 4 – 40"
– Para pequeñas corrientes
– Para aplicaciones en laboratorios
– Para verificaciones de bombeo
Vertederos con laterales anchos y 0,01 – 20 m3/s 0,4 3 – 5% 0,15 – 1 m

elevados: – 70 pies3/s 6 – 40"
ISO 3846: rectangulares
ISO 4362: trapezoidales
ISO 4374: horizontales de vertedero
redondeado
Medición de caudales de bajo coste con
amplio ámbito de aplicación
Vertederos triangulares (ISO 4360): 0,005 – 20 m3/s 2 – 5% 0,2 – 0,8 m

– Para canales de riego 0,2 – 700 pies3/s 8 – 30"
– Para redes de distribución de agua
Vertederos compuestos (ISO 14139): 0,5 – 100 m3/s 2 – 5% hasta 50 m

Aplicaciones de control de caudal de ríos 17 – 3.530 pies3/s (1.970")
Canales abiertos (ISO 4359):
con cuello largo: 0,005 – 50 m3/s 2 – 5% 0,1 – 1,5 m

Para aplicaciones en aguas sin tratar 0.2–1.765 pies3/s 4 – 60"
Rectangulares, trapezoidales, en forma 0,02 – 40 m3/s 2 – 5% 0,1 – 1 m

de U: 0,7–1.410 pies3/s 4 – 40"
Para caudales de entrada en plantas indus-
triales o sistemas de riego
314
Métodos de medición (norma ISO) Ritmo de descarga Error Rango de

Aplicaciones típicas valores
Canales Parshall (ISO 9826): 0,002 – 85 m3/s 2 – 5% 0,1–1,5 m

– Para aplicaciones en caudales con 0,07–3.000pies3/s 4 – 60"
sedimentos
– Para puntos de toma de medidas en
aguas sin tratar
Método de profundidad para 0 – 50 m3/s 5 – 10% sin límites

vertederos/canales: 0 – 1.765 pies3/s
ISO 3847: canales rectangulares
ISO 4371: canales no rectangulares
– Para aplicaciones de poca precisión
– Para simple control
Caudalímetros electromagnéticos 0 – 30 m3/s 1 – 3% sin límites

(ISO 9213): 0 – 1.060 pies3/s
– Para aplicaciones en canales abiertos o
tuberías sólo parcialmente llenas
– Para determinación de balances de agua
Método de los caudales diferenciales 0 – 1.000 m3/s 3 – 4% sin límites

(ISO 748): 0 – 35.300 pies3/s
Método general de medición de descargas
de canales abiertos, ríos y corrientes
Métodos por ultrasonidos (ISO 6416): 0 – 1.000 m3/s 1 – 3% sin límites

– Para aplicaciones en ríos y corrientes 0 – 35.300 pies3/s
– Para aplicaciones en aguas sin tratar y
sistemas de alcantarillado
Método de disolución de trazadores 0 – 1.000 m3/s 2 – 4% sin límites

(ISO 9555): 0 – 35.300 pies3/s
– Para aplicaciones de medición de
descargas en ríos
– Para sistemas de alcantarillado y
determinación de costes
315
El rango de valores de caudal es un factor crítico en la determinación del tipo de estructura

de canal abierto que se va a emplear (vertedero o canal). Si se desea obtener la menor
incertidumbre total al medir pequeñas descargas sobre un amplio rango de valores se
emplearán vertederos de pared delgada en forma de V. Para descargas mayores, la primera
opción son los canales trapezoidales, y para caudales de ríos y grandes descargas de tipo
avenida se sugieren los vertederos compuestos. Los materiales que forman las paredes
laterales y el lecho van a influir en la pérdida de carga en la estructura y ayudarán a reducir
la velocidad de las corrientes rápidas en caso de inmersiones corriente abajo. Cemento,
fibra de vidrio y plástico son algunos de los materiales que se emplean comúnmente en la
construcción de vertederos y canales. Las normas ISO de estandarización contienen todos
los detalles de aplicación de estos métodos.
Sedimentación:
La sedimentación es un factor que es necesario tener en cuenta en sistemas de
alcantarillado y de colección de aguas sin tratar y a la entrada de las plantas de tratamiento
de aguas residuales. En este tipo de aplicaciones deben evitarse los vertederos porque los
escombros que se acumulan tras la estructura elevarán el nivel del caudal e introducirán
un error positivo en la medición.
El desgaste por la abrasión de sedimentos es otro factor relacionado; habrá que mantener
la velocidad de aproximación del caudal y su velocidad en la estructura entre unos límites
que eviten velocidades excesivas y desgastes acelerados.
Los ríos y las corrientes alpinas suelen transportar grandes cantidades de materiales
sedimentarios y escombros. Para registrar el caudal de estas corrientes se requieren
dispositivos de medición especiales, con estanques de retención de sedimentos
construidos expresamente para recoger los escombros que arrastra la corriente y poder así
determinar su volumen (véase la Fig. 152). Este tipo de instalación requiere supervisión y
mantenimiento regulares –a menudo a intervalos inferiores a una semana. En los ríos
alpinos más grandes son habituales reangeabilidaes en torno a 1:1.000; las cifras
correspondientes para corrientes más pequeñas son 1:10.000. Las descargas de corriente
se miden en general con ayuda de canales (con canales diferentes para caudales bajos y
para periodos de lluvias fuertes) y/o un vertedero compuesto. Estos dispositivos se
“calibran”, por decirlo de alguna manera, con contadores de caudal corrientes, pruebas
de laboratorio o ensayos con disoluciones de sustancias trazadoras.
Forma del canal de aproximación:
La forma del canal de aproximación también influye en la elección del sistema de
medición. El mejor sistema de medición para canales rectangulares hechos por el hombre
son los vertederos con laterales anchos y elevados en los lugares donde se decida. En
canales de aproximación de cualesquiera formas cuando hay presencia de materias sólidas
y sedimentos se prefieren canales. Un factor adicional es el riesgo de inmersiones por
remansos del caudal corriente abajo. El coeficiente de inmersión especificado en las
normas estándares relevantes que se han citado debería verificarse para todo el rango de
valores de los caudales esperados. Esta precaución ayudará a salvaguardar la integridad de
la medición del caudal en condiciones de lluvias fuertes.
316
Fig. 152: Estructura para la medición de la descarga hidráulica y la carga de sedimentos de una corriente
alpina. Foto: Río Erlenbach/Alpthal, Cantón Schwyz (Suiza). Arriba: Estanque de retención de
sedimentos vacío. Abajo: Estanque de retención de sedimentos tras una riada que arrastró un total de
¡1.200 m3 (42.380 pies 3) de escombros, incluidos árboles enteros!
317
Gradientes:
El gradiente (pendiente) de un canal de aproximación también debe tenerse en cuenta,
pues puede originar unas condiciones de flujo incorrectas a la entrada de la estructura de
canal abierto. Para gradientes de aproximación superiores a 1/250 (números de Froude
mayores de 0,5), se requieren estructuras especiales como las que se especifican en los
estándares correspondientes. Para gradientes entre 1/250 y 1/1.000 (0,25 < Fr < 0,5),
los canales presentan ventajas respecto a los vertederos. Para instalaciones con gradientes
de aproximación pequeños o nulo (Fr < 0,25), no hay restricciones sobre el tipo de
instalación que deba emplearse.
El caudal en el punto de medición de niveles en canales abiertos ha de ser estable y su
superficie sin olas, pues en este punto es deseable una corriente en movimiento lento y
tranquila.
Deposiciones (algas, hielo, nieve):

Otro criterio muy diferente, pero no menos importante es la adherencia de algas, bacterias
e incluso el crecimiento de plantas grandes en el interior de la sección de medición. Este
tipo de adherencias puede cambiar las dimensiones de algunas de las partes críticas de los
vertederos o del interior de los canales para la medición de caudales, cuya influencia en
la medición puede llegar a ser muy importante según las condiciones climáticas.
Fig. 153: La estación de medición “Biberbrugg”, en el Cantón Schwyz (Suiza), en invierno. La superficie
del río está casi completamente congelada y cubierta de nieve en algunas zonas. Estaciones como ésta
necesitan verificación y mantenimiento regulares. Foto: Oficina Federal Suiza para el Medio Ambiente
FOEN, Berna (CH).
318
En climas fríos invernales, el hielo puede tener los mismos efectos (véase la Fig. 153); en
estas circunstancias se requerirán comprobaciones regulares. El hielo puede cambiar las
condiciones de circulación del caudal en el punto de medición y, por ejemplo, congelar
los flotadores que miden el nivel del caudal o envolver los sensores ultrasónicos que estén
cubiertos de escarcha.
Los escombros flotantes que arrastra la corriente pueden dañar los bordes de los
vertederos. Estos daños acelerarán el desgaste del vertedero y pueden sesgar a la baja los
resultados de la medición del nivel del caudal.
Pasos para peces:
Un caso muy especial en corrientes de canales abiertos son los pasos para los peces que
nadan corriente arriba para desovar. Los canales con niveles de caudal bajos y
caudalímetros electromagnéticos presentan menos resistencia a estas migraciones de
peces aguas arriba. Por el contrario, los vertederos triangulares con perfiles de velocidades
altas representan un gran obstáculo en el camino de los peces que nadan contra corriente.
Los vertederos anchos con velocidades de caudal de salida bajas son aceptables, si la altura
del vertedero por el lado de desagüe está dentro de unos límites razonables. En estos casos
especiales es necesario conocer con detalle las leyes locales de protección del medio
ambiente, las cuales pueden imponer el diseño de la estructura primaria que finalmente
se elija.
Selección de estructuras de canal abierto según razones de ejecución

Debido a la gran cantidad de datos por contrastar en los muchos estándares diferentes,
hemos limitado el proceso de selección a los factores siguientes. En todos los casos se dan
por orden de preferencia.
Para conseguir incertidumbres totales mínimas (todo tipo de aplicaciones):
• Vertederos de pared delgada (con vertedero en forma de V, de anchura completa o
parcial)
• Vertederos planos en V
• Vertederos con perfil de velocidades triangular (sin contracciones laterales)
• Canales de cuello estrecho, canales Parshall y Khafagi
• Canales trapezoidales y Palmer-Bowlus
• Métodos por ultrasonidos (medición de niveles, profundidad del agua)
• Caudalímetros electromagnéticos (para registro de caudal en tuberías parcialmente
llenas)
• Vertederos con laterales anchos y elevados
• Métodos de disolución de trazadores
• Simple medición de la profundidad
Para caudales bajos (< 50.000 m 3 por día / 73.570 pies 3/h):
• Vertederos de pared delgada (con vertedero en forma de V)
• Caudalímetros electromagnéticos (para registro de caudal en tuberías parcialmente
llenas)
319
El programa Applicator de diseño de especificaciones E+H Medición de caudal
• Vertederos de pared delgada (con vertedero en forma rectangular)

• Vertederos rectangulares
Para caudales altos (> 200.000 m 3 por día / 294.300 pies 3/h):
• Método de los caudales diferenciales
• Canales trapezoidales, canales Parshall y Khafagi
• Métodos por ultrasonidos (medición de niveles, profundidad del agua)
• Vertederos compuestos
• Vertederos planos en V.
• Canales Palmer-Bowlus
• Vertederos con laterales anchos y elevados
Para grandes rangeabilidades (> 300:1):

En aplicaciones de este tipo no deberían emplearse canales.
En estos casos se recomienda el método de los caudales diferenciales.
• Vertederos compuestos
• Vertederos planos en V.
• Vertederos parciales de pared delgada
El programa Applicator de diseño de especificaciones

En la Página 294 se han mencionado diversos procedimientos para la selección de un
caudalímetro. Uno de ellos consiste en utilizar programas informáticos especializados de
ayuda para la selección del caudalímetro más adecuado. El software Applicator, de E+H,
es uno de estos programas de selección y diseño de ayuda a la planificación de estaciones
de medición en ingeniería de procesos.
El diseño de caudalímetros requiere una larga experiencia, y el proceso involucra cálculos
frecuentes y complejos. El software Applicator simplifica el proceso de diseño de los
puntos de medición. Asimismo, este programa guía al usuario por todos los parámetros
importantes y efectúa los cálculos necesarios. Ya no es necesario buscar entre los libros de
referencia para hallar la información adecuada. Applicator se puede descargar desde
Internet o puede adquirirse en soporte CD-ROM para instalarlo en un PC.
Applicator selecciona los caudalímetros adecuados en una rutina de dos etapas:

1. Selección de los posibles principios de medición y modelos de caudalímetro.
2. Cálculo del diámetro nominal a partir de los resultados obtenidos con la función de
selección anterior, y selección de las conexiones a proceso disponibles más
adecuadas.
320
E+H Medición de caudal El programa Applicator de diseño de especificaciones
Fig. 154: Comparación de tipos y modelos de los caudalímetros seleccionados por Applicator.
Función de selección
En la función de selección (Selection), Applicator propone primero los diversos
caudalímetros que serían adecuados para la aplicación en cuestión. Los principios de
medición que se incluyen en Applicator son: medición por presión diferencial,
electromagnéticos, másicos Coriolis, térmicos másicos, ultrasónicos, Vortex y canales
abiertos.
A continuación, el usuario selecciona las condiciones de proceso (tipo de fluido,
temperatura de proceso y rango de valores de presión) y las características preferidas para
el contador. Los datos técnicos de los contadores propuestos por Applicator se pueden
consultar directamente.
Función de dimensionado
El proceso de selección del caudalímetro correcto continúa con la función de
dimensionado (Sizing). El programa pide que se introduzca información específica
relacionada con el fluido y los parámetros de proceso, por ejemplo el caudal, la presión y
la temperatura. A continuación, Applicator propone el diámetro nominal ideal para el
proceso. En la pantalla se representa información importante específica de la aplicación en
forma de diagramas:
• Pérdida de carga
• Precisión de medición
• Relación presión mínima/ material (diagramas de presión-temperatura)
321
El programa Applicator de diseño de especificaciones E+H Medición de caudal
Fig. 155: Interfaz de usuario de Applicator para la función de dimensionamiento.
Applicator dispone de muchas otras funciones, que incluyen:

• Una base de datos de fluidos con más de 300 fluidos
• Funciones de cálculo de las características de proceso (densidad, viscosidad, presión de
vapor)
• Posibilidad de introducir fluidos específicos de usuario
• Guardar e imprimir los datos del diseño
• Conversión de unidades de medida
Base de datos de corrosión

Applicator dispone de un módulo opcional que proporciona una “base de datos de
corrosión”. Los cálculos de diseño con los datos de corrosión permiten conocer si los
materiales de los posibles caudalímetros propuestos por el programa serán resistentes a la
corrosión al estar en contacto con el fluido, según la temperatura de proceso. Los usuarios
disponen de esta información sin tener que recurrir a otras fuentes de datos, que a menudo
resultan contradictorias. El lector hallará una “Tabla de resistencias” para una temperatura
de 20 °C (68 °F) en el apéndice de este manual (véase la página 437 y sig.).
322
Flow-es-Guidelines.fm Page 323 Thursday, December 30, 2010 12:46 PM
8
Normas estándares y certificados
8. Normas estándares y certificados

Normas estándares de medición de caudal E+H Medición de caudal
Normas estándares de medición de caudal

La complejidad que involucra la medición de caudales fluidos ha llevado a desarrollar
centenares de normas estándares de medición de caudal. Todos los años se elaboran más
y más documentos y se revisan los antiguos. Por todo el mundo medran entidades de
“Estándares”, “Recomendaciones”, “Directivas”, “Manuales” y “Códigos prácticos”. Con
ello sólo se ha conseguido duplicar esfuerzos y una cierta confusión para los usuarios.
Aunque en este manual ya se han hecho algunas referencias a estándares, en esta corta
sección trataremos de resumir los documentos y las fuentes de información más
importantes relacionados con estándares de medición de caudal.
Institutos de estandarización
Las principales organizaciones internacionales involucradas en medición de caudal y
normas estándares de medición son:
• la Organización Internacional de Estándares (International Standards Organisation,
ISO), Ginebra
• la Organización Internacional de Metrología Legal (OIML), París
• la Comisión Electrotécnica Internacional (International Electrotechnical Commission,
IEC), Ginebra
• la Comunidad Económica Europea (CEE), Bruselas
• el Instituto Americano Nacional de Estándares (American National Standards Institute,
ANSI), Nueva York
• la Sociedad Americana de Ingeniería Mecánica (American Society of Mechanical
Engineers, ASME), Nueva York
• la Sociedad Internacional para la Automatización (International Society for Automation,
ISA), Carolina del Norte
Actualmente, casi 100 estados participan en desarrollos de normas estándares ISO que
abarcan un amplio ámbito técnico. Hasta la fecha se han producido en torno a 200
documentos sobre medición de caudal. La OIML se centra en los aspectos legales de la
medición de caudal y produce “Recomendaciones”. Y puesto que la CEE las aprueba, se
convierten efectivamente en los Estándares Europeos o “Normas”, adoptadas por todos
los estados miembros.
La IEC observa fundamentalmente los aspectos eléctricos y de seguridad de los
instrumentos en general, y de los caudalímetros en particular, y en algunos ámbitos se
solapa con ISO. La reciente ampliación de la Comunidad Europea ha dado un estatus
reforzado a las “Directivas” de Bruselas pero, por fortuna, éstas se intentan construir en
la mayoría de casos sobre estándares u otros documentos profesionales ya existentes.
Tanto ANSI como ASME tienen muchos documentos muy buenos ampliamente
aceptados en Norteamérica y en otras partes del mundo que se basan en consultores de
EE.UU. Por último, la ISA ha jugado recientemente un papel más internacional y tiene
muchos comités que trabajan actualmente en la elaboración de documentos prácticos.
324

E+H Medición de caudal Normas estándares de medición de caudal
Además de las organizaciones mencionadas, hay grupos oficiales de ámbito industrial que
desarrollan documentos de gran utilidad y extremadamente comprensibles sobre
medición y aplicaciones de contadores de caudal (IP en el Reino Unido, AWWA y API
ambos en EE.UU). Otros centros de investigación como el Instituto Americano de
Investigación sobre Gases (American Gas Research Institute, GRI), BASEEFA y SIRA (UK),
3-A Sanitary, PTB en Alemania, o la Sociedad Americana para la Comprobación y los
Materiales (American Society for Testing and Materials, ASTM) también confeccionan
prácticos documentos de trabajo que a menudo son más ampliamente aceptados que los
estándares oficiales.
Estándares de medición de caudal importantes

La lista siguiente apenas indica la riqueza de material de dominio público que hay sobre
este tema. La clasificación de los contadores que hemos dado en la Página 52 se emplea
como base para la estructuración de esta lista. El lector interesado puede hallar más
información en direcciones de Internet siguientes: www.iso.org – www.asme.org –
www.oiml.org – www.iec.org – www.isa.org – www.sira.org – www.ansi.org –
www.sira.co.uk – www.ptb.de – www2.din.de – www.cenelec.org
Caudalímetros de presión diferencial (Grupo 1, BS EN 7405)
– ISO 5167 Medición de caudal con contadores de presión diferencial (placa de

orificios, toberas, tubos Venturi)
– ISO 2186 Conexiones para la transmisión de señales de presión
– ISO 9300 Medición de caudal de gas por medio de boquillas de Venturi de

caudales críticos
– ISO 12767 Directivas para el efecto de partida de las especificaciones y condi-

ciones de funcionamiento dadas en ISO 5167
– ASME MFC-3M Medición de caudal por medio de placa de orificios, toberas y tubos
Venturi
– ANSI 2530 Medición de caudales de gas natural y fluidos relacionados que

contengan hidrocarburos por medio de discos de diafragma
Contadores de sección variable (Grupo 2, BS EN 7405)
– ISO 11605 Calibrado de los caudalímetros de sección variable
– ASME MFC-18M Medición de caudal por medio de contadores de sección variable
325

Contadores de desplazamiento (Grupo 3, BS EN 7405)
– ISO 2714 Medición del caudal volumétrico por sistemas contadores por
desplazamiento sin empleo de bombas
– AWWA C710 Contadores de agua
– AWWA M6 Contadores de agua – selección, instalación, verificación y

mantenimiento
– OIML R31-EN Contadores de gas de diafragma
Caudalímetros de turbina (Grupo 4, BS EN 7405)
– ISO 2715 Medición del caudal volumétrico por contadores de turbina
– ISO 4064-2 Contadores para agua potable fría
– ISO 9951 Medición de caudales de gas en conductos cerrados – contadores de

turbina
– AWWA M33 Caudalímetros en sistemas de suministro de agua
– API 2534 Medición de hidrocarburos líquidos por medio de contadores de tipo

turbina
– AGA 7 Contadores de turbina para aplicaciones de gas
– ISA RP31.1 Especificaciones, instalación y calibrado de los contadores de turbina
Caudalímetros Vortex (Grupo 5, BS EN 7405)
– ISO/TR 12764 Medición de caudal con caudalímetros por desprendimiento de

vórtices
– ASME MFC-6M Medición de caudal en conductos cerrados por medio de contadores

de tipo Vortex
– OIML D25 Caudalímetros Vortex (empleados en sistemas de medición para

fluidos)
Caudalímetros electromagnéticos (Grupo 6, BS EN 7405)
– ISO 6817 Medición de caudal de líquidos conductores en conductos cerrados

– Métodos que utilizan caudalímetros electromagnéticos
– ISO 9104 Métodos de evaluación de la ejecución de caudalímetros electromag-

néticos para líquidos
– ISO 13359 Caudalímetros electromagnéticos con bridas – longitudes totales
326

E+H Medición de caudal Normas estándares de medición de caudal
– ASME MFC-16M Medición de caudal de fluido con caudalímetros electromagnéticos
Caudalímetros ultrasónicos (Grupo 7, BS EN 7405)
– ISO/TR 12765 Métodos que emplean caudalímetros ultrasónicos por tiempo de

tránsito
Caudalímetros Coriolis (Grupo 8, BS EN 7405)
– ISO 10790 Directiva para la selección, instalación y uso de caudalímetros

Coriolis (caudal másico, densidad y caudal volumétrico)
– ASME MFC-11M Medición de caudal de fluido con caudalímetros Coriolis
– OIML R105C Sistemas de medición de caudal másico directo para medir can-
tidades de líquido
Caudalímetros térmicos (Grupo 9, BS EN 7405)
– ISO 14511 Caudalímetros másicos térmicos
Caudalímetros de flujos sólidos (Grupo 11, no en BS EN 7405)
– ISA RP74.01 Aplicación e instalación de básculas puente escalonadas
Caudalímetros en canales abiertos (Grupo 12, no en BS EN 7405)
– ISO 748 Medición de caudal de líquidos en canales abiertos –

Métodos de velocidad-área
– ISO 1438 Medición del caudal de agua en canales abiertos con vertederos y
canales de Venturi
– ISO 2537 Medición de caudal de líquidos en canales abiertos – Elemento

rotativo para la medición de corriente
– ISO/TS 15768 Medición de velocidad de líquidos en canales abiertos – Diseño,

selección y uso de contadores electromagnéticos
– ISO 4377 Cálculos hidrométricos – Medición de caudal en canales abiertos con

estructuras – vertederos en V
– ISO/TR 8363 Medición de caudal de líquidos en canales abiertos –

Directivas generales para la selección del método
327

– ISO 9555 Medición de caudal de líquidos en canales abiertos – Métodos de

disolución de trazador para la medición de caudales estables
– ISO 9826 Medición de caudal en canales abiertos; canales Parshall y SANIIRI
Calibración
– ISO 4185 Medición de caudal de líquidos en conductos cerrados; método de

pesado
– ISO/TR 7066-1 Determinación de la incertidumbre en la calibración y uso de dispos-

itivos de medición de caudal
– ISO 7278 Medición dinámica. Sistemas de verificación para contadores

volumétricos; Parte 2: Tubos patrones
– ISO 8316 Medición de caudales líquidos en conductos cerrados. Método por

recolección del líquido en un depósito de volumen.
– ISO 9368 Medición de caudal de líquidos en conductos cerrados por el método

de pesado. Procedimientos para la verificación de instalaciones.
Parte 1: Sistemas de pesado estático
Incertidumbre de la medición
– ISO 5168 Medición de caudal de fluidos – Evaluación de incertidumbres
– ASME MFC-2M Medición de la incertidumbre para un caudal en circuitos cerrados
– OIML P17 Guía para la expresión de la incertidumbre de la medición (GUM)
Otros estándares
– ISO 4006 Medición de caudal de fluidos en conductos cerrados –

Vocabulario y símbolos
– ISO 11631 Medición de caudal de fluidos – Métodos de especificación de la

ejecución de un caudalímetro
– ASME MFC-1M Glosario de términos empleados en la medición de caudal de fluidos

en tuberías
– ASME MFC-10M Método para la determinación de los efectos de la instalación en

caudalímetros
– ASME PTC-19.5 Aplicaciones de contadores de fluido
– BS EN 7405 Guía para la selección y aplicación de caudalímetros para la medición

de caudal de fluidos en conductos cerrados
328

E+H Medición de caudal Seguridad del producto
Seguridad del producto

Las normativas de seguridad para dispositivos eléctricos en general pueden hallarse en IEC
60364-1. Para caudalímetros, este documento distingue en términos generales tres
grandes grupos:
• Protección contra corrientes de choque peligrosas
• Protección contra el riesgo de incendios
• Marcado y documentación
La siguiente tabla enumera algunos de los puntos más importantes:
Protección contra corrientes de choque peligrosas
Clase de Definición / requisitos

protección*
I Dispositivos con aislamiento básico entre sus partes conductoras activas y el

cuerpo conductor del cabezal; han de estar conectados a un elemento conduc-
tor de toma de tierra para protección.
Requisitos:
– Resistencia mecánica
– Grado de protección del recinto de aislamiento IP 4x o ensayo con sonda
(12 mm) y puntas (3 mm y 4 mm) de prueba
– Resistencia dieléctrica
– Partes conductoras al alcance de la mano, conectadas a un conductor
protector de toma de tierra
II Dispositivos con aislamiento doble o reforzado entre las partes conductoras

activas y el cuerpo del cabezal. Los dispositivos de clase II no disponen de
conexión de toma de tierra de protección.
Requisitos:
– Resistencia mecánica
– Grado de protección del recinto de aislamiento IP 4x o ensayo con sonda
(12 mm) y puntas (3 mm y 4 mm) de prueba
– Resistencia dieléctrica
III Dispositivos que reciben una fuente de alimentación de la categoría contacto

no peligroso (p.ej. SELV: Safety Extra Low Voltage o PELV: Protective Extra
Low Voltage) y que no generan por sí mismos tensiones superiores.
* La idea que yace tras estas tres categorías de protección es que los dispositivos deberían continuar siendo
seguros incluso en caso de fallo.
329

Marca CE E+H Medición de caudal
Protección contra el riesgo de incendios
Uso de circuitos de energía limitada o:

– Dispositivos de protección (según IEC/EN) para corriente / temperatura y
– Uso de materiales no inflamables / resistentes a las llamas y
– Aislantes de las partes conductoras resistentes a las llamas
– El grado de protección IP excluye cortocircuitos y
– Encapsulación protectora para partes que soportan intensidades altas y
– Conectores y cableado según IEC/EN y
– Cumplimiento de los requisitos básicos de aislamiento para evitar cortocircuitos
Documentación y marcado
La documentación y marcado sobre el dispositivo suministran al operario la información necesaria

para un manejo seguro del dispositivo:
– Tipo de fuente de alimentación
– Condiciones ambientales
– Uso según indicaciones del fabricante
– Elementos de manejo
– Conexiones a tierra
– Información sobre conexiones a periféricos
Marca CE
Objetivo de la obtención de la marca:
La marca CE define las normas estándares de seguridad mínimas que deben cumplir todos
los productos técnicos dentro del mercado común europeo. Este estándar contribuye
significativamente a la armonización de requisitos en la Unión Europea (EU). Y con ello
se pretende perseguir un objetivo básico: eliminar barreras comerciales con la intención
de establecer y mantener el libre mercado por toda la UE.
Condiciones:
Las directivas CE se transponen a las leyes estatales de todos los estados miembros de la
Unión Europea. Estas directivas involucran las condiciones siguientes:
• La marca CE se requiere por ley.
• Las directivas CE más recientes conforman una base de valoración. Contienen los
requisitos definitivos del nivel de seguridad básico.
• Los requisitos de seguridad básicos se conforman en estándares armonizados.
• La aplicación de los estándares armonizados es voluntaria.
330

E+H Medición de caudal Marca CE
Significado de la marca CE:

La marca CE certifica al comprador del producto los aspectos siguientes:
• El fabricante ha efectuado las valoraciones de conformidad establecidas.
• Con la marca CE el fabricante asume que el producto satisface los requisitos de
seguridad básicos.
• Los números de identificación que siguen a la marca CE indican la supervisión del
producto por un ente (externo) certificado.
• La marca CE por sí misma, sin embargo, no proporciona ninguna indicación acerca de
las directivas y estándares que el fabricante ha seguido.
Marca CE de E+H (directivas)
Directiva Marca CE
Vigente desde Aplicación Obligatoria desde

posible desde
Directiva EMC:
3. May. 1989 1. Ene. 1992 1. Ene. 1996
89/336/EEC
Directiva baja tensión:

19. Feb. 1973 1. Ene. 1995 1. Ene. 1997
73/23/EEC
Directiva ATEX:
23. Mar. 1994 1. Mar. 1996 1. Jul. 2003
94/9/EC
Directiva sobre equipos de

29. May. 1997 29. Nov. 1999 30. May. 2002
presión: 97/23/EC
La declaración de conformidad CE contiene muchos artículos de información que también

se incluyen en la documentación del producto:
• Fabricante / tipo de dispositivo
• Directivas aplicadas, estándares y procedimiento de valoración de conformidad
• Ente certificador
• Firmante
331

Compatibilidad electromagnética (EMC) E+H Medición de caudal
Compatibilidad electromagnética (EMC)
¿Qué es EMC?
Los caudalímetros electromagnéticos se utilizan con frecuencia en entornos con presencia
de campos e interferencias electromagnéticos. Las fuentes de interferencia habituales
incluyen:
• Transmisores (radio, TV, etc.)
• Sobretensiones esporádicas (picos)
• Fenómenos naturales (rayos, descargas electrostáticas), etc.
Es de desear que los equipos electrónicos funcionen a pesar de la presencia de estas

diversas fuentes de interferencia. Así, es deseable que cumplan dos requisitos: los
dispositivos han de ser resistentes a las interferencias que le lleguen y, al mismo tiempo,
no deben ser fuente de señales que puedan tener efectos perjudiciales en otros equipos
cercanos. En consecuencia, todos los dispositivos que incluyan una electrónica han de
considerarse tanto sumideros potenciales de interferencias (dispositivo afectado) como
fuentes potenciales de interferencias (dispositivo perturbador).
Fig. 156: Efectos de interacción entre contadores electrónicos como fuentes de interferencia y
sumideros de interferencia.
Los equipos electrónicos modernos son cada vez más potentes y, a la vez, más sensibles a
las interferencias. Esto plantea un inconveniente evidente, pues se incrementa
correspondientemente el riesgo de señales externas espurias que causan perturbaciones.
332

E+H Medición de caudal Compatibilidad electromagnética (EMC)
Igualmente, unos niveles de computación más elevados también implican un mayor riesgo
de emisiones de interferencia excesivas. Esta dualidad susceptibilidad a / emisión de
interferencias es lo que se suele denominar compatibilidad electromagnética, o abreviado,
EMC:
“EMC es la capacidad de un dispositivo, recurso o sistema de funcionar
satisfactoriamente en un entorno electromagnético sin emitir al entorno señales
interferentes intolerables.”
Es posible comprobar y evaluar algunos aspectos parciales de EMC en laboratorios

especiales sobre la base de su comportamiento de acuerdo con las directivas y estándares.
Fundamentos legales
En el pasado, los distintos estados y continentes establecían sus propias normas a medida
que iba surgiendo la necesidad. Todas ellas perseguían el objetivo de asegurar que los
equipos electrónicos cumplieran con requisitos normalizados de máxima resistencia a
interferencias y máxima supresión de ruido (emisiones).
El Comité Eléctrico Internacional (IEC) ha logrado obtener la aceptación internacional de
sus normas de regulación sobre resistencia a interferencias. El Comité Europeo de
Normalización Electrónica (CENELEC), el ente responsable para la normalización
industrial en Europa, ha adoptado estos estándares. La única diferencia entre los dos
estándares está en el prefijo de sus códigos de designación (por ejemplo: IEC 61000-4-2 =
EN 61000-4-2).
Directiva 89/336/EEC sobre EMC
Estándar por familias de productos

Equipos eléctricos para medición, control y uso en laboratorios EN 61326-1/A1
Estándares sobre resistencia a Estándares sobre emisiones de señales de

interferencias: interferencia:
EN 61000-4-2 EN 55011 (CISPR11)
EN 61000-4-3 EN 55022 (CISPR22)
etc.
Fig. 157: Estructura de estándares utilizada por E+H para la verificación de caudalímetros.
333

La Unión Europea ha formulado una directiva EMC que deben satisfacer todos los equipos
que funcionen dentro de la comunidad. Sin embargo, esta directiva no especifica unos
requisitos para cada equipo concreto, sino que los requisitos se formulan por familias de
productos o estándares de productos. Evidentemente, hay claras diferencias entre los
requisitos que se exigen a los productos electrónicos para consumo particular y los que se
exigen a nivel industrial. Un producto que satisfaga los requisitos tiene derecho a ostentar
la marca CE y puede ser utilizado en cualquier estado miembro de la Unión Europea.
Otra recomendación muy difundida en la UE es NAMUR NE21. NAMUR
(= Normenarbeitsgemeinschaft für Mess- und Regeltechnik, es decir: Comisión para la
normalización de las técnicas de medida y regulación automática) es una asociación
alemana que propuso los requisitos que debían cumplir los equipos electrónicos en la
industria química incluso antes de la introducción de la directiva sobre compatibilidad
electromagnética de la Unión Europea.
Son muchos los aspectos en que coinciden los requisitos que impone la marca CE y las
recomendaciones NAMUR. No obstante, existen algunas diferencias en cuanto al rigor en
las comprobaciones y en diversos requisitos específicos relacionados con la respuesta a las
señales de interferencia.
Laboratorios de verificación de compatibilidad electromagnética mantenidos por

Endress+Hauser
E+H lleva a cabo todas sus verificaciones de compatibilidad electromagnética en
laboratorios especiales. La tabla siguiente detalla estas verificaciones:
Verificaciones de compatibilidad electromagnética en E+H Flowtec AG, Reinach (CH)
EN 61000-4-2 Prueba de resistencia a descargas electrostáticas
EN 61000-4-4 Prueba de resistencia a transitorios eléctricos rápidos (TER) / picos
EN 61000-4-5 Ensayo de inmunidad a sobretensiones (descargas atmosféricas)
EN 61000-4-6 Resistencia a perturbaciones dirigidas, inducidas por campos de radiofre-

cuencia. Campo de valores de frecuencia: 150 kHZ a 80 MHz
EN 61000-4-8 Prueba de resistencia a campos magnéticos de alta frecuencia
EN 61000-4-11 Pruebas de resistencia a caídas de tensión, interrupciones cortas de

alimentación y variaciones del potencial
EN 61000-4-16 Pruebas de resistencia a perturbaciones dirigidas de modo habituales, en

el campo de valores de frecuencia de 0 a 150 kHz
334

E+H Medición de caudal Compatibilidad electromagnética (EMC)
EN 55011 Supresión de interferencias de radio procedentes de aparatos y sistemas

(CISPR 11) eléctricos –límites y métodos de medición de las características de las
perturbaciones de radio en equipos de radiofrecuencia industriales,
científicos y médicos (ICM).
Campo de valores de frecuencia: 150 kHz a 30 MHz
Verificaciones de compatibilidad electromagnética en E+H GmbH+KG, Maulburg (D)
EN 61000-4-3 Prueba de resistencia a campos electromagnéticos, de radiofrecuencia y ra-

diaciones.
Campo de valores de frecuencia: 80 MHz a 1 GHz y 1,4 GHz a 2 GHz
EN 55011 Supresión de interferencias de radio procedentes de aparatos y sistemas

eléctricos –límites y métodos de medición de las características de las per-
turbaciones de radio en equipos de radiofrecuencia industriales, científicos
y médicos (ICM). Rango de frecuencia: 30 MHz a 1 GHz
Fig. 158: Laboratorio de verificación de compatibilidad electromagnética en E+H GmbH+KG,

Maulburg (D). En esta cámara de absorción se efectúan todas las mediciones por encima de 30 MHz o,
donde sea aplicable, 80 MHz.
335

Fig. 159: Laboratorio de verificación de compatibilidad electromagnética en E+H Flowtec AG, Reinach
(CH). Dispositivos para la comprobación de radiación de emisiones y resistencia a interferencias.
336

E+H Medición de caudal Protección ambiental (IP, NEMA)
Protección ambiental (IP, NEMA)

Los cabezales que envuelven los equipos eléctricos satisfacen diversas funciones prácticas
para su uso cotidiano:
• Evitan que las personas toquen / se acerquen a las partes peligrosas (protección contra
descargas) y que toquen las partes móviles del interior del aparato (cabezal).
• Impiden la penetración de materias extrañas.
• Protegen el equipo de la entrada de agua y, por lo tanto, de los daños o cortocircuitos
que ésta pueda acarrear.
Los niveles de protección requeridos cambian según el ámbito de la aplicación. Los

requisitos de los distintos niveles de protección se establecen en diversas normas
estándares, que incluyen las siguientes: EN 60529 (Europa), IEC 60529 (internacional),
NEMA 250 (USA).
Códigos y su significado (ejemplos)

Los códigos que los fabricantes estampan en la placa de características del instrumento
indican que éste cumple los niveles de protección aceptados. Algunas autoridades de
certificación se reservan el derecho de efectuar comprobaciones cruzadas del nivel de
protección del cabezal si sus símbolos de calidad aparecen en la placa de características
del instrumento (por ejemplo FM, CSA). Los códigos siempre consisten en un número de
identificación ID (IP, NEMA/tipo) y seguido de una combinación de dígitos/letras que
indican el nivel de protección contra contactos, entrada de cuerpos extraños sólidos o
penetración de agua (véase la tabla de la Página 338 y sig.).
Obsérvense los dos ejemplos siguientes:
IP (International Protection) 1) IP 2 3 C S
ID
Primer dígito (o “X” en su defecto)
Segundo dígito (o “X” en su defecto)
Letra adicional (optativo)
Letra suplementaria (optativo)
NEMA (National Electrical Manufacturer Association) 2) NEMA / Tipo 4 X
ID
Número
Letra
1)
aplicable a aparatos eléctricos para tensiones superiores a 72,5 kV
2)
aplicable a aparatos eléctricos para tensiones superiores a 1 kV
337

Protección ambiental (IP, NEMA) E+H Medición de caudal
Niveles de protección IP (contactos, entrada de cuerpos extraños)
Primer dígito Protección contra entrada de cuerpos sólidos extraños /

Protección de acceso a las partes peligrosas
0 Sin protecciones especiales

S Ø 50
1 – Protección contra la penetración de cuerpos sólidos

S Ø 50
grandes (∅ ≥ 50 mm)
– Fuera del alcance de las partes del cuerpo grandes
(reverso de la mano)
2 – Protección contra la penetración de cuerpos sólidos Sø12.5

medianos (∅ ≥ 12,5 mm)
– Fuera del alcance de los dedos o de objetos de tamaño
similar
12.3
3 – Protección contra la penetración de cuerpos sólidos ø 2.5

pequeños (∅ ≥ 2,5 mm)
– Fuera del alcance de herramientas, cables, etc.
(∅ ≥ 2,5 mm)
4 – Protección contra la penetración de cuerpos granulados ø1

de tamaño medio (∅ ≥ 1 mm)
– Fuera del alcance de herramientas, cables, etc.
(∅ ≥ 1 mm)
5 – Protección contra riesgo por acumulaciones de polvo.

La entrada de polvo es inevitable, pero se evita que entre en cantidades que
pudieran impedir el funcionamiento del aparato (protección contra el polvo).
– Protección completa contra contactos
6 – Protección contra la entrada de polvo (anti-polvo).

– Protección completa contra contactos
338

Niveles de protección (agua)
Segundo Resistencia a la penetración de agua

dígito
0 Sin protecciones especiales
1 Resistencia a la entrada vertical de agua por goteo.

Las gotas de agua no dañan el equipo.
2 Resistencia a la entrada de agua por goteo en ángulo oblicuo (cabezal con ángu-
los de inclinación superiores a 15°). Las gotas de agua no dañan el equipo.
3 Resistencia al rocío de agua (ángulo de incidencia superior 60

°
α=
a 60°, 0,07 l/min por abertura). Las gotas de agua no
dañan el equipo.
4 Resistencia a salpicaduras de agua (10 l/min) dirigidas al

aparato desde cualquier dirección. Las salpicaduras de
agua no dañan el equipo.
5 Resistencia a chorros de agua (∅ 6,3 mm; 12,5 l/min). El

chorro de agua de una manguera dirigido al aparato desde
cualquier dirección no daña el equipo.
6 Resistencia a fuertes chorros de agua (∅ 12,5 mm; 100 l/

min) ó oleadas fuertes. El agua de mares gruesas o el agua
lanzada con chorros poderosos, por ejemplo, oleadas fu-
ertes, no penetran en el aparato en cantidades perjudi-
ciales.
7 Resistente a inmersiones. El agua no penetra en cantidades perjudiciales

mientras el aparato está sumergido en el agua en determinadas condiciones de
presión y tiempo (la parte más inferior no más allá de 1 m bajo la superficie del
agua durante 30 minutos)
8 Resistencia a inmersiones. El agua no penetra en cantidades perjudiciales

mientras el aparato está sumergido en el agua en determinadas condiciones de
presión y por un intervalo de tiempo ilimitado.
Los niveles de protección IP X7 e IP X8 no incluyen automáticamente IP X5 e IP X6. El doble

código indica que los cabezales son aptos para uso universal, para resistencia a rociados con
manguera y para inmersiones (por ejemplo, IP X6/IP X7).
339

Niveles de protección IP / suplementos y añadidos (contacto, cuerpos extraños)
Letra adicional Protección contra entrada de cuerpos sólidos extraños /

Protección de acceso a las partes peligrosas
A – Fuera del alcance de las partes del cuerpo

grandes (reverso de la mano)
B – Protección contra la penetración de cuerpos ø 12

sólidos como se ilustra
– Fuera del alcance de los dedos o de objetos
>12.5
ø 30
de tamaño similar
C – Protección contra la penetración de cuerpos ø 2.5 ø1

– Fuera del alcance de herramientas >2.5
D – Protección contra la penetración de cuerpos ø 2.5
ø
1
– Fuera del alcance de cables
Letra suple- Información especial relacionada con el propio aparato

mentaria
H Dispositivos de alto voltaje
M Partes móviles en funcionamiento durante las pruebas de resistencia al agua
S Dispositivo en estado de reposo durante las pruebas de resistencia al agua
W Condiciones climáticas
340

Nivel de protección del cabezal NEMA
Nivel de pro- Requisitos / descripción Satisface como

tección mínimo IP*
Tipo 1 – Uso en salas protegidas IP 10

– Protección contra contactos accidentales con
equipamiento protegido
– Protección contra desprendimientos de suciedad
Tipo 2 – Misma protección que el tipo 1, más IP 11

– Protección contra goteo y salpicaduras leves de agua
Tipo 3 – Uso en exteriores IP 54

– Protección contra lluvia, nieve y granizo o hielo
– Protección contra presencia de nubes de polvo, hilaza,
fibras o partículas en suspensión
Tipo 3R – Uso en exteriores IP 14

– Protección contra lluvia, nieve y granizo o hielo
– Elementos de ventilación
Tipo 3S – Misma protección que el tipo 3, más IP 54

– El mecanismo exterior permanece operativo aun en
presencia de hielo

– Protección contra la acumulación de polvo
– Resistencia a rociados a chorro (manguera de 25,4 mm,
170 l/min)
Tipo 4X – Misma protección que el tipo 4, más IP 55

– Resistente a sustancias corrosivas


– Resistencia a inmersiones temporales
Tipo 6P – Misma protección que el tipo 6, más IP 67

– Resistente a sustancias corrosivas
– Resistente a inmersiones prolongadas
(Continúa en la página siguiente)
341

Nivel de protección del cabezal NEMA
Nivel de pro- Requisitos / descripción Satisface como

tección mínimo IP*
Tipo 12, 12K – Misma protección que el tipo 2, más IP 52

– Protección contra circulación de polvo, hilaza, fibras o
partículas en suspensión
– Resistencia a filtraciones de aceite o refrigerante

– Resistencia a aspersión y salpicaduras por filtraciones de
aceite o refrigerante.
* Conversión no válida
342

E+H Medición de caudal Protección contra riesgo de explosiones
Protección contra riesgo de explosiones
Introducción
En la fabricación, el procesamiento, la destrucción o el transporte (por ejemplo, por
viaducto) y almacenamiento de sustancias que puedan formar atmósferas explosivas es
necesario establecer medidas de protección especiales. La protección contra explosiones
es uno de los ámbitos especiales más relevantes en cuanto a seguridad, porque un
incendio incontrolado, la onda expansiva de una explosión, algunos productos resultantes
de reacciones químicas o el agotamiento de oxígeno en algunas zonas pueden poner en
peligro la salud e incluso las vidas de los trabajadores. En sistemas potencialmente
peligrosos por riesgo de explosiones, hay que tener:
• descritos y documentados todos los riesgos,
• valorados todos los riesgos conocidos, y
• definidas las medidas de prevención y protección específicas.
Todo el conjunto de condiciones, resultados, hallazgos y decisiones han de estar

documentados de un modo comprensible y que permita su evolución desde los orígenes.
Para que tenga lugar una combustión, deben coincidir tres factores: la presencia de alguna
sustancia inflamable, presencia de aire/oxígeno y alguna fuente de ignición. Asimismo, la
relación entre las concentraciones de sustancia inflamable y aire/oxígeno ha de ser la
adecuada para que se produzca la ignición. La relación entre las concentraciones de las
distintas sustancias determina que el resultado de la ignición sea una deflagración, una
explosión o una detonación.
Protección primaria contra explosiones:

La protección primaria contra explosiones son siempre actuaciones de prevención y
consiste en medidas que eviten o restrinjan la formación de ambientes explosivos
peligrosos, por ejemplo:
• Impedir o restringir la presencia de sustancias que puedan formar mezclas explosivas.
• Controlar las concentraciones de mezclas gaseosas con dispositivos de alarma.
• Limitar las concentraciones de las mezclas gaseosas con la inyección de sustancias
inertes en fase gaseosa como nitrógeno o dióxido de carbono.
Protección secundaria contra explosiones:

La protección secundaria contra explosiones entra en juego cuando no es posible prevenir
la formación de ambientes explosivos. Actúa sobre las fuentes de ignición potenciales y
consiste en medidas que previenen la ignición de los ambientes explosivos o limitan los
efectos de una posible explosión a niveles seguros.
343

Protección contra riesgo de explosiones E+H Medición de caudal
Fuentes de ignición
Las fuentes de ignición potenciales incluyen:
• chispas y arcos eléctricos
• superficies calientes
• llamas
• descargas electrostáticas
• descargas atmosféricas (rayos)
• reacciones químicas
• compresiones
• ultrasonidos
• chispas inducidas por rozamientos o impactos mecánicos
• radiaciones electromagnéticas y ópticas
• radiaciones ionizantes
Marcas de certificación – Europa

Las marcas y los códigos de identificación utilizados para indicar el tipo de protección
contra explosiones pueden variar en los diferentes mercados.
Marca CE
CE 0032 II 2 G
Grupo de sustancia explosiva (G = gaseosa, D = pulverulenta)
Categoría del dispositivo
Grupo del dispositivo
Símbolo específico de protección contra explosiones
Código de la entidad de certificación que regularmente inspecciona la
calidad (sistema de calidad) del fabricante
Código de certificación del producto que avala su libre
movimiento por la Unión Europea.
Número de certificación:
DMT 00 ATEX E 074 X

Referencia a cond. espec. de importancia para el funcionam.
Número de serie del certificado
Certificado articulado según 94/9/EC
Año de certificación.
Código de la entidad certificadora
344

Códigos europeos para aparatos protegidos contra explosiones (equipamiento):
E Ex de [ia] IIC T1–T6

Clase temperatura = f (autocalent., temp. del medio y ambiental)
Grupo del dispositivo (I o II) / Grupo del gas (A, B o C)
Tipo de protección contra ignición (d, p, m, o, q, e, ib, ia, n ... o alguna
combinación de ellos)
Protegido contra explosiones
Estándar europeo
Códigos para sistemas europeos:
SYST E Ex ia IIC/IIB
Grupo de dispositivo (I o II) / Grupo del gas (A, B o C)
Tipo de protección contra ignición
Equipo protegido contra explosiones
Estándar europeo
Código de sistema
Marcas de certificación – América del norte

Marcas y códigos de identificación utilizados en América del Norte de acuerdo con
NEC 500 (EE.UU., clasificación por divisiones):
XP-AIS Clase I, División 1, Grupos A, B, C, D T5

Clase según temperatura
Grupo del material inflamable
Certificación para ambientes potencialmente explosivos
(opcional para Div. 1, obligado para Div. 2)
Clase del material inflamable (I = gaseoso, II = pulverulento,
III = fibras y partículas en suspensión)
Tipo de protección contra explosiones (o combinación de tipos de pro-
Marcas y códigos de identificación utilizados en América del Norte de acuerdo con

NEC 505 (EE.UU., clasificación por zonas):
Clase I, Zona 1, A Ex d [ia] IIC T5

Clase según temperatura
Grupo de disposit. (I o II) / Grupo del gas (A, B o C)
Tipo de protección contra ignición
Equipo protegido contra explosiones
Estándar de EE.UU
Zona permitida
Clase de materiales inflamables permitidos
345

Grupos de dispositivo
Hay dos grupos de dispositivos:
• Grupo I:
Aparatos eléctricos para minas susceptibles de ignición en ambientes húmedos. Riesgo
de explosiones por presencia de carbón pulverizado y gas metano.
• Grupo II:
Aparatos eléctricos para otros ambientes potencialmente explosivos.
Clasificación según categorías de dispositivos y zonas (Tabla → Página 347)

La probabilidad de formación de ambientes explosivos varía según las diversas condiciones
que se dan en cada lugar. Tanto las mezclas de sustancias gaseosas explosivas como las
mezclas de sustancias pulverulentas explosivas se subdividen en tres zonas, en Europa, o
en dos, en América del Norte. Cuanto mayor sea la probabilidad de formación de
atmósferas explosivas, mayores serán los requisitos que deba cumplir el aparato que se
vaya a emplear, que a su vez se clasificará como perteneciente a una categoría específica.
La protección contra explosiones provocadas por sustancias gaseosas involucra requisitos
diferentes que la protección contra explosiones provocadas por sustancias pulverulentas.
La marca de la categoría indica la zona de aplicabilidad de cada dispositivo.
Cuando un dispositivo muestra dos o más marcas de identificación correspondientes a
categorías diferentes, puede ser por dos motivos:
• Distintas partes del equipo se pueden utilizar en zonas diferentes (por ejemplo, II1/2G).
• Los circuitos de interfaz con el dispositivo están diseñados para operar en alguna otra
zona (por ejemplo, II2(1)G).
Tipos de protección contra ignición (Tabla → página 348 y sig.)

El tipo de protección contra ignición se refiere a medidas (tanto de diseño como de otro
tipo) que evitan la ignición de un ambiente potencialmente explosivo. Un mismo equipo
puede integrar diferentes tipos de protección contra ignición. Cada tipo de protección se
adecúa a unas normas estándares particulares.
346

Categoría del dispositivo Apto para:
Categoría 1 (p.ej. II1G) / Clase I, Div. 1: Zona 0

Equipo para zonas con posibilidad de formación de ambientes explosi- Clase I, Div. 1
vos en la forma de mezclas gaseosas por largos intervalos de tiempo o
con frecuencia (p.ej. en la parte superior de cisternas de almace-
namiento de fluidos inflamables).

Equipo para zonas en que, en condiciones normales de funcionamiento, Clase I, Div. 1
se puede formar ocasionalmente una mezcla gaseosa explosiva (p.ej. en
las cercanías de equipamiento para llenado y vaciado).

Equipo para zonas en que, en condiciones normales de funcionamiento, Clase I, Div. 2
no se forman mezclas gaseosas explosivas o se forman sólo por un corto
intervalo de tiempo (p.ej. en conexiones en brida).
Categoría 1 (p.ej. II1G) / Clase I, Div. 1; Clase III: Zona 20

Equipo para zonas en que, en condiciones normales de funcionamiento, Clase II, Div. 1,
hay presencia constante o por un intervalo de tiempo prolongado de Clase III
nubes de sustancias pulverulentas explosivas*) (p.ej. interiores de cis-
ternas, tuberías, accesorios, etc.).
Categoría 2 (p.ej. II1G) / Clase I, Div. 1; Clase III: Zona 21

pueden formarse nubes de sustancias pulverulentas explosivas*) (p.ej. Clase III
en las cercanías de estaciones de extracción o llenado de sustancias pul-
verulentas, de capas de materiales pulverulentos, etc.).
Categoría 3 (p.ej. II3D) / Clase II, Div. ; Clase III: Zona 22

no pueden formarse nubes de sustancias pulverulentas explosivas*) o Clase III
se forman sólo durante un corto intervalo de tiempo (p.ej. escapes de
materia pulverulenta y capas de acumulación de sustancias pulverulen-
tas por pérdidas).
* Ténganse en cuenta las capas, las deposiciones y las acumulaciones de sustancias

pulverulentas.
347

Tipos de protección contra ignición (categoría de dispositivo II3G / zona 2)
• Ejemplos: Compartimientos de mandos, contadores, controladores, unidades de alimentación

• Estándares ANSI/NFPA 496, C22.2 Nº. 213, CSA-E60079-15, EN 50021, FM Clase 3611,
FM Clase 3620, IEC 60079-15, UL 1604, UL 2279 Pt.15
• Categoría de dispositivo / Zona: II3G / Zona 2 – Clase I, Div. 2; Clase I, Zona 2
Abreviatura Tipo de protección contra ignición, descripción
Ex n... No inflamable:
(NI) nA, nC, nL, nR, nP o cualquier combinación de estos códigos
Ex nA Anti-chispas:
Componentes no inflamables
Ex nC Contra roturas:
– Mandos en compartimento aparte
– Equipos herméticamente cerrados
– Equipos cerrados
– Equipos encapsulados
– Enchufes seguros
– Componentes no inflamables
Ex nL Energía limitada:
Seguridad intrínseca simplificada (funcionamiento normal en las
condiciones más adversas)
Ex nR Respiración restringida:
– Cabezal electrónico estanco
– Autocalefacción ligera
– Disminución de temperatura ligera
Ex nP Presurización / purga simplificada

(Tipo
presurizado Z)
O:
Cualquier otro tipo de protección contra ignición adecuado para la Zona 0, Zona 1 o Clase I,
Div. 1; Clase I, Zona 0 Clase I, Zona 1
348

Ex d, (XP) A prueba de explosiones, a prueba de fuego:

Un cabezal a prueba de explosiones evita la propagación de una explosión
L interna:
– Material determinado
B
– Grueso de las paredes determinado

– Anchura de la cavidad (B) y longitud (L) que contribuyen a reducir la
presión y permiten que los gases y las partículas escapen para enfriarse.
Ejemplos:
Compartimento de mandos, motores, controladores, aparatos de alto con-
sumo energético
Estándares
ANSI/UL 1203, C22.2 Nº. 30, CSA-E60079-1, EN 50018,
FM Clase 3615, IEC 60079-1, UL 2279 Pt.1
Categoría de dispositivo / Zona:

II2G / Zona 1 – Clase I, Div. 1; Clase I, Zona 1
Ex q Aislante pulverulento:
Los componentes inflamables están envueltos por algún material granular
fino (p.ej. bolitas de vidrio, arena/cuarzo):
– Desplazamiento de ambientes explosivos
– Mayor refrigeración por aumento del área superficial
Ejemplos:
Pequeños componentes, unidades de alimentación, bobinas, condensa-
dores
Estándares
CSA-E60079-5, EN 50017, FM Clase 3622 (normativa para oficinas/
despachos basada en IEC 60079-x con normas específicas para EE:UU),
IEC 60079-5, UL 2279

349

Ex p Presurización / Purga (Clase I):

Los componentes inflamables son purgados con un gas inerte a presión:
– Eliminación de ambientes explosivos del interior del cabezal por
presurización
– Eliminación de oxígeno por medio de un gas inerte
Ejemplos:
Aparatos grandes de alto consumo energético, compartimientos de
mandos
Estándares
ANSI/NFPA 496, CSA-E79-2, EN 50016, FM Clase 3620,
IEC 60079-2, UL 2279 Pt.2

Ex o Inmersión en aceite:
Los componentes inflamables están sumergidos en aceite:
– Eliminación de ambientes explosivos
– Eliminación de oxígeno
– Refrigeración
Ejemplos:
Transformadores, mandos de control
Estándares
CSA-E79-6, EN 50015, FM Clase 3621(normativa para oficinas/despa-
chos basada en IEC 60079-x con normas específicas para EE.UU.), IEC
60079-6, UL 2279

350

Ex m Encapsulamiento:
Los componentes inflamables están encapsulados en una resina:
– Eliminación de ambientes explosivos y oxígeno
– Refrigeración
Ejemplos:
Componentes, sensores
Estándares
CSA-E79-18, EN 50028, FM Clase 3614 (normativa para oficinas/despa-
60079-18, UL 2279 Pt.18

Ex e Seguridad incrementada:
Prevención de ignición con medidas adicionales especiales:
– Mayor nivel de seguridad por la presencia de cavidades huecas de
seguridad
– Intensidad
– Protección contra aflojamiento de contactos en servicio
– Limitación de potencia
– Control de temperatura
– Corte automático de suministro eléctrico
Ejemplos:
Cajas de conexión y distribución, motores, luces, sensores, bornes de
terminación, entradas para cable
Estándares
CSA-E79-7, EN 50019, FM Clase 3619 (normativa para oficinas/despa-
60079-7, UL 2279 Pt.7

351

Ex ib / Ex ia Seguridad intrínseca:
(I.S.) Prevención de ignición por limitación de energía en el circuito y de la
temperatura superficial de los componentes:
– Limitación de la tensión
– Limitación de la intensidad
– Limitación de la potencia
– Control de todos los elementos de almacenamiento de energía del
circuito
– Protección contra inversión de polaridad
Ejemplos:
Contadores, equipos para el control de los circuitos de control y los
circuitos abiertos, equipos de comunicación, aparatos de bajo consumo
energético
Estándares
C22.2 Nº. 157, CSA-E60079-11, EN 50020, EN 50039,
FM Clase 3610, IEC 60079-11, UL 2279 Pt.11

Medidas para la categoría de dispositivo II1G / zona 0:

– Combinación de dos tipos de protección de ignición independientes aptos para II2G
– Seguridad intrínseca Ex ia
– Resina de encapsulamiento especial
Estándares
ANSI/NFPA 496, ANSI/UL 1203, ANSI/UL 913, C22.2 Nº. 30, C22.2 Nº. 157,
CSA-E60079-11, FM Clase 3610, FM Clase 3615, EN 50284, IEC 60079-26, UL 2279 Pt.11

352

Tipos de protección contra ignición (categorías de dispositivo II3D, II2D, II3D y zonas
22, 21, 20)
Categoría de dispositivo / Tipo de protección contra ignición, descripción

zona
II3D Nivel de seguridad normal en funcionamiento según asignado:

– Resistencia mecánica y química del cabezal
(IP5X; IP6X para uso con sólidos pulverulentos conductores)
– Impide las cargas electrostáticas
– Temperatura superficial máxima establecida
Estándar: EN 50281-1-1 / protección por aislamiento (tD)
II2D Nivel de seguridad alto en funcionamiento según asignado:

– Resistencia mecánica y química del cabezal (IP6X)
– Temperatura superficial máxima establecida en 40 °C
II1D Nivel de seguridad muy alto en funcionamiento según asignado:

– Temperatura superficial máxima del dispositivo o la parte del
dispositivo enterrado establecida
Clase II, Div. 2 Dispositivos para sustancias pulverulentas compactas, no inflam-

ables (NI), no detonantes, presurizados:
Estándar: C22.2 Nº. 157, C22.2 Nº. 25, ANSI/NFPA496,

UL 1604, FM Clase 3611
353

Tipos de protección contra ignición (categorías de dispositivo II3D, II2D, II3D y zonas
22, 21, 20)
Clase II, Div. 1 Dispositivos a prueba de ignición por sustancias pulverulentas

(DIP), intrínsecamente seguros (IS), presurizados:
Estándar: C22.2 Nº. 157, C22.2 Nº. 25, ANSI/NFPA496, UL 913,

UL 1203, FM Clase 3611
Clase III Dispositivos para sustancias pulverulentas compactas, intrínseca-

mente seguros:
Estándar: C22.2 Nº. 157, UL 913, UL 1604, FM Clase 3611
Comentario:
Los siguientes tipos adicionales de protección contra ignición para ambientes pulverulentos suelen
hallarse aún en estudio por comités internacionales:
– Protección por sobrepresión (pD)
– Seguridad intrínseca (iD)
– Encapsulamiento (mD)
354

Clasificación de los materiales inflamables (gases, polvos, fibras)

El tiempo ha demostrado que la tarea de clasificar los entornos especiales y las sustancias
inflamables en grupos para intentar adaptar la inversión económica en medidas de
protección a unas condiciones locales concretas ha sido provechosa, pues de este modo se
han establecido las bases para la producción industrial de aparatos a prueba de
explosiones.
Grupos de gases:
La intensidad mínima de ignición (IMI) y la distancia máxima de seguridad experimental
(DMSE) de una mezcla explosiva son parámetros típicos característicos de cada sustancia.
Los grupos de gases A, B, C y D poseen las características siguientes, según el lugar de
aplicación:
Grupos de gases (UE, América del Norte)
Europa América Anchura de seguridad Relación de inten- Energía mínima

del Norte límite para una distan- sidades mínima (met- de ignición
cia de seguridad de ano)
25 mm
IIA Clase I,
> 0,9 mm > 0,8 180 µJ
Grupo D
IIB Clase I,
0,5 – 0,9 mm 0.45 – 0.8 60 µJ
Grupo C
IIC Clase I,
Grupo B
< 0,5 mm < 0,45 20 µJ
Clase I,
Grupo A
Ejemplos:
IIA → acetona, amoníaco, benceno, butano, etanol, hexano
IIB → etileno, gas natural (gas ciudad)
IIC → hidrógeno (Clase I, Grupo B); acetileno, disulfuro de carbono (Clase I, Grupo A)
Grupos de sustancias pulverulentas:

En América del Norte se han establecido las siguientes clases para los grupos de sustancias
pulverulentas (Clase II):
• E (metales)
• F (carbones)
• G (cereales)
355

Fibras y partículas en suspensión:

Clasificadas como sustancias de Clase III en América del Norte.
Clases según temperatura

Las clases según temperatura permiten categorizar las temperaturas superficiales o de los
componentes internos de un dispositivo (según el tipo de protección contra ignición).
Un dispositivo T6, por ejemplo, alcanza temperaturas superficiales de 85 °C.
Clases según temperaturas (UE, América del Norte)
IEC / Europa América del Norte Temp. superficial máx. a temp. Ejemplos (UE)
ambiente máx.
T1 T1 450 °C / 842 °F Acetona, amoníaco,
benzol, metanol, pro-
pano, hidrógeno, gas
natural (gas ciudad)
T2 T2 300 °C / 572 °F
T2A 280 °C / 536 °F Etil-alcohol,
T2B 260 °C / 500 °F etileno, acetileno,
T2C 230 °C / 446 °F n-butano
T2D 215 °C / 419 °F

T3 T3 200 °C / 392 °F
Gasolina, combustible
T3A 180 °C / 356 °F diésel, aceite de que-
T3B 165 °C / 329 °F mar, sulfuro de hidró-
geno
T3C 160 °C / 320 °F
T4 T4 135 °C / 275 °F Acetaldehído, éter, di-
T4A 120 °C / 248 °F etil-éter
T5 T5 100 °C / 212 °F –
T6 T6 85 °C / 185 °F Disulfuro de carbono
Ejemplo:
A la máxima temperatura ambiente, ninguna superficie relevante de un dispositivo a
prueba de explosiones con clasificación según temperatura T4 superará una temperatura
de 135 °C (275 °F).
Obsérvese que se pueden diseñar dispositivos que pertenezcan a más de una clase según
temperatura (por ejemplo, T6–T1). En estos casos, consúltense siempre en la
documentación del fabricante las condiciones (temperatura ambiente, temperatura del
fluido, etc.) referidas a cada clase según temperatura.
356

Protección contra explosiones por sustancias pulverulentas:

La temperatura superficial del aparato no debe sobrepasar los dos tercios de la temperatura
de ignición de una nube de polvo. La temperatura superficial máxima ha de estar por
debajo de un margen de seguridad de 75 Kelvin de la temperatura de incandescencia para
una capa de polvo de 5 milímetros de espesor.
Ejemplo: una configuración de una clase T4 (135 °C) es apta para una sustancia
pulverulenta con una temperatura de ignición de 202,5 °C y una temperatura de
incandescencia de 210 °C.
Ejemplos de marcas E+H

Además de los aparatos intrínsecamente seguros puros, E+H también emite certificados
para equipos que combinan dos o más tipos de protección contra ignición con la finalidad
de garantizar una protección contra explosiones secundaria. La ilustración siguiente
proporciona un ejemplo.
Sistema de medición (versión remota)

II2G SYST EEx ia IIC/IIB
EEx de [ia] IIC T1–T6 o
EEx d [ia] IIC T1–T6
Cabezal PROline G02 Ex d

t while cir
igh 'apparei cu
Compartimiento de conexiones
II2G EEx d IIC o r t r i r l r S p a n n ul s o ui t s
veuv n t e ng s a
o tu öf
para instalaciones Ex e o Ex d según
Ni as o
re n si
te ne
p c
ch
EEx de IIC
Ne ep
al on
i ve
Ke
el modelo (circuito Ex i para comu-

nicaciones opcional)
Entradas para cable:
EEx e o EEx d
Compartimiento para la electrónica
Módulo de la electrónica
clasificado Ex d
II(1)(2)G [EEx ia] IIC/IIB
Entrada de alimentación Ex d
Cable multifilar E+H

Circuito Ex ia
Sensor
II1/2G EEx ia IIC T1–T6
Fig. 160: Ejemplos de marcas (“Promass F” de E+H, versión remota).

Para aclaraciones adicionales véase la página 358
357

Explicaciones de los códigos ID de la Figura 160:
II2G SYST EEx ia IIC/IIB:

Sistema intrínsecamente seguro con protección ia para trabajo en superficie (excepto en
minas), categoría 2, apto para gases, vapores y niebla (Zona 1). La certificación del sistema
incluye la verificación de seguridad intrínseca que requiere la combinación de sensor,
transmisor y cable E+H. La relación IIC/IIB debe considerarse suponiendo circuitos
intrínsecamente seguros:
• El sistema es apto para gases del grupo IIC o IIB, según el tipo de sensor empleado.
• Los circuitos de comunicación son aptos para gases de los grupos IIC o IIB, según el
tamaño de la fuente de energía externa conectada (capacidad e inductancia).
EEx de [ia] IIC / EEx d [ia] IIC:

El tipo de protección contra ignición “d” implica un cabezal a prueba de explosiones que,
a su vez, ha de estar subdividido en compartimiento para la electrónica y compartimiento
para conexiones. El compartimiento para la electrónica siempre es un “encapsulamiento
a prueba de explosiones”. El compartimiento para conexiones puede adquirirse con los
tipos de protección clasificados como “d” o “e”. Las entradas para cable han de
seleccionarse de modo que se adapten al tipo de protección contra ignición del
compartimiento de conexiones.
Los corchetes [ ] indican que alguna parte del equipo no debe quedar expuesta a ambientes
potencialmente explosivos. Esta parte debe instalarse fuera de la zona de riesgo o bien ha
de quedar protegida por algún tipo de protección adecuado. En nuestro caso, la
electrónica [ia], que contiene circuitos no intrínsecamente seguros y circuitos
intrínsecamente seguros, se instala en un compartimiento para la electrónica clasificado
como Ex d. El sensor se suministra con circuitos intrínsecamente seguros y,
opcionalmente, estos circuitos también están disponibles para la parte de comunicaciones
de un sistema. La interfaz de los circuitos de comunicación intrínsecamente segura no
forma parte de la certificación del sistema y requiere una verificación de seguridad
intrínseca independiente.
II1/2G:
La combinación de categorías de dispositivo 1/2 indica que una parte del dispositivo
puede funcionar en una zona 0. En este caso, el tubo de medición es apto para las
condiciones de una zona 0.
T1–T6:
El sistema de medición es apto para todas las clases según temperatura de T6 a T1.
Consúltense en las instrucciones de seguridad que se adjuntan con el dispositivo los
detalles de cómo se corresponden las clases con la temperatura ambiente y las
temperaturas del fluido.
358

II2G/D:
La combinación G/D de categorías según sustancia (que no se ha incluido en el ejemplo)
indica que este dispositivo puede funcionar en ambientes explosivos originados por
sustancias gaseosas o pulverulentas.
Responsabilidades (en Europa como ejemplo)

Desde el primero de julio de 2003 en adelante, los equipos con protección contra
explosivos vendidos en la CE han de estar diseñados y fabricados de acuerdo con la
Directiva ATEX 94/9/EC. Esta directiva tiene un alcance más amplio que el de la
protección contra explosiones que la ley europea de harmonización había desarrollado
con anterioridad. Por primera vez en Europa, la protección contra explosiones de gases
para la zona 1 se acompaña de unos requisitos y condiciones unificados de certificación
para las zonas 2, 0, 20, 21 y 22, y para aparatos no eléctricos. Esta directiva es también la
primera que combina los grupos de dispositivo I y II. La directiva va dirigida a todos los
fabricantes de aparatos eléctricos y no eléctricos para uso en zonas de riesgo potencial.
La Directiva europea 99/92/EC se promulgó en diciembre de 1999 (requisitos mínimos
para la mejora de la seguridad y la protección sanitaria de los trabajadores que puedan
correr riesgo por ambientes potencialmente explosivos). Además, los estados miembros
han de tener transpuesta esta directiva en sus leyes nacionales desde antes del 30 de junio
de 2003. La directiva se refiere a los empleadores (es decir, operarios-propietarios de
planta), que son las personas responsables de proporcionar las herramientas de
producción.
Directiva 94/9/EC: Directiva 99/92/EC:

– Definición de los requisitos para los – Subdivisión de las áreas de riesgo
equipos y sistemas de protección. potencial según zonas.
– Subdivisión de los equipos por grupos y – Definición de las medidas, los grupos y
categorías. las categorías de dispositivo requeridas
– Instrucciones de seguridad. en cada zona individual.
– Cumplimiento con las normas
estándares aplicables.
– Cumplimiento con las instrucciones de
seguridad.
Fabricante Operario de planta
Funcionamiento seguro
359

El fabricante y el operario de planta están obligados a suministrar una certificación

nacional, a menos que la aplicación en cuestión sea de bajo riesgo de explosiones.
Los procedimientos en América del Norte son parecidos. Los fabricantes de los equipos
están obligados a cumplir con los estándares apropiados en cuanto a diseño, fabricación,
producción y certificación, mientras que sobre los operarios de planta descansa la
responsabilidad de asegurar el cumplimiento del código eléctrico nacional (NEC en EE.UU
o CEC en Canadá) teniendo en cuenta todas las certificaciones e instrucciones sobre
seguridad indicadas por el fabricante del dispositivo.
Perspectivas
Actualmente hay tres momentos cruciales a nivel internacional en el ámbito de la
protección contra explosiones:
• La introducción de todos los tipos de protección contra ignición internacionales
(incluido el europeo) en América del Norte ya estaba en preparación a finales de la
década de 1990. El recientemente introducido Artículo 505 del código eléctrico
nacional de EE.UU. (NEC) remite al conjunto de normas estándares IEC 60079. Las
agencias de certificación de EE.UU. certifican sobre la base de las normas estándares
IEC, y toman algunas normas específicas para EE.UU. Sin embargo, en lo que concierne
a la tecnología de instalación, no se ha ido más allá de algunos conductos específicos
para un puñado de casos excepcionales. Canadá adoptó asimismo el conjunto de
normas estándares IEC 60079, también con algunos ajustes específicos de ámbito
nacional.
• Además de la unificación y el reconocimiento de los diversos estándares sobre
seguridad, diversos institutos estatales de comprobación y entidades gubernamentales
oficiales han firmado acuerdos de cooperación que regulan el reconocimiento mutuo de
los resultados de las pruebas, en términos de qué certificados nacionales se hayan
articulado.
• Otro paso en estudio es la certificación basada en las normas estándares IEC, que
permita vender equipos con una protección contra explosiones basada en un certificado
unificado – en otras palabras, una autorización de acceso – en tantos países como sea
posible.
Referencias, estándares
La lista siguiente relata algunos de los estándares más importantes relacionados con la
protección contra explosiones:
EN 1127-1: Ambientes explosivos: Prevención de explosiones y protección. Conceptos
básicos y metodología.
IEC 60079-14 / EN 60079-14:
Aparatos eléctricos para ambientes gaseosos explosivos –instalaciones eléctricas en zonas
de riesgo (excepto minas).
360

E+H Medición de caudal Seguridad Funcional (SIL: Safety Integrity Level)
IEC 60079-17:
Aparatos eléctricos para ambientes gaseosos explosivos –inspección y mantenimiento de
instalaciones eléctricas en zonas de riesgo (excepto minas).
IEC 60079-19:
Aparatos eléctricos para ambientes gaseosos explosivos –reparación y revisión general de
equipos empleados en zonas de riesgo (excepto minas).
Seguridad Funcional (SIL: Safety Integrity Level)
Introducción
La fiabilidad de los componentes individuales de un sistema es el principal factor
relacionado con posibles funcionamientos defectuosos del dispositivo. Los procesos no se
pueden controlar de manera correcta a menos que los componentes individuales
definitivos presenten un funcionamiento fiable. El Nivel de Integridad de Seguridad (SIL)
es un método de evaluación de la fiabilidad de cada uno de los componentes del proceso.
La situación admite una comparación con el concepto de “el eslabón más débil de una
cadena”. El fallo de un tornillo de lo más común – por ejemplo, en alguna parte del
servotransmisor de un sistema de refrigeración – puede tener consecuencias desastrosas
para toda la planta.
Por este motivo, al evaluar el potencial de riesgo de una planta industrial, los expertos de
principios de la década de 1980 empezaron a trazar directrices de “protección de plantas
de proceso con equipos de medición y control” (Directriz VDI/VDE 2180).
El desarrollo de los controladores lógicos programables y los ordenadores multifuncionales
en lo que originariamente fue la conservación de sistemas de control mecánicos,
neumáticos y electromecánicos propició un paso inevitable –a saber: el establecimiento de
criterios de vinculación y evaluación para uso de tecnología puntera en partes críticas para
la seguridad de las plantas industriales.
Junto al hardware y al software, también resulta esencial evaluar la producción y la
infraestructura entera del fabricante de acuerdo con unos criterios predefinidos, si los
productos de este fabricante se van a emplear en funciones relevantes para la seguridad.
Directrices
En el pasado ya surgieron diversos intentos de formulación de normativas que abarcaran
la complejidad de los sofisticados sistemas electrónicos programables con funciones de
seguridad.
Es contra este trasfondo que la industria desarrolló algunas recomendaciones y normativas
específicas para aplicaciones, como las recomendaciones NAMUR NE 31 y la Directiva
VDI/VDE 2180. También hay diversas normas específicas, no de aplicaciones concretas
pero sí de tecnología, como la Directriz VDI 0801. En paralelo a éstas están las
361

Seguridad Funcional (SIL: Safety Integrity Level) E+H Medición de caudal
regulaciones formuladas como estándares básicos no específicos de ninguna aplicación ni

de ninguna tecnología, como por ejemplo DIN 19250 y DIN 19251.
La norma IEC 61508 fue elaborada como un estándar no específico para ninguna
aplicación, pero sí relacionado con la tecnología, que actualmente se acerca a su
compleción. Esta norma es un estándar internacional que integra el estándar alemán con
otros estándares nacionales. La norma IEC 61511, el estándar específico para aplicaciones
en la industria de procesos, y la IEC 61131-3, el estándar específico para la
“estandarización de la programación de controladores industriales” completan esta
trayectoria internacional hacia la estandarización de la “fiabilidad funcional de los sistemas
con funciones de protección”.
DIN 19250 / DIN 19251

(en general, no específico de aplicaciones ni de tecnologías)
Aplicaciones Tecnologías
VDI / VDE
NE 31 VDI 0801
2180
IEC 61511 IEC 61508 IEC 61131-3
Fig. 161: Influencia de las normativas nacionales en los estándares IEC (caso de Alemania).
Funciones de los equipos M&C1)

Los sistemas de medición y control utilizan cada vez más funciones de seguridad
(funciones de protección y funciones de control de daños) que se añaden a los clásicos
dispositivos de protección como los contactos de nivel límite o los sistemas de detección
de temperatura límite y de sobrepresión de la ingeniería de procesos actual. Los contactos
de nivel límite pueden ser de diseño relativamente simple; sin embargo, los sistemas
modernos M&C actuales consisten en general de componentes que ya incorporan de
origen unidades electrónicas programables. A modo de ejemplo, la Figura 162 muestra un
diagrama de un sistema de medición y control para un dispositivo de suministro de
refrigerante.
Dado el número de componentes y la complejidad de las electrónicas modernas, se plantea
la cuestión de la seguridad de cada componente y de la seguridad global del sistema
1) M&C = abreviatura de “medición y control”
362

resultante. La estructura y el diseño del sistema afectarán directamente al riesgo de

funcionamiento defectuoso. Riesgo, en este contexto, significa una combinación de la
frecuencia de ocurrencia de fallos y el alcance estimado de los daños. Una manera de
establecer posibles medidas que reduzcan este riesgo puede ser la aplicación de un análisis
de riesgos de proceso según DIN V 19250 e IEC 61508, o calcular la clase según requisitos
(AK) o el Nivel de Integridad de Seguridad (SIL) de los dispositivos de seguridad del equipo
M&C. En el análisis final, lo que interesa es la fiabilidad de los componentes individuales,
la disponibilidad de refrigerante, bombas, energía, contadores de valor límite, válvulas, etc.
Sensor de
temperatura
Válvula
Posicionador de control
Bomba de
refrigeración de
emergencia
Sensor Control Operador
eléctrico eléctrico eléctrico eléctrico mecánico

configurable configurable mecánico
electrónicamente electrónicamente
Fig. 162: Sistema de medición y control con función de seguridad.
Evaluación de riesgos para sistemas / unidades

La evaluación de riesgos de una unidad de ingeniería de procesos puede llevarse a cabo
con la ayuda de un árbol de decisiones como el que se propone en DIN V 19250
(Fig. 163). Los cuatro parámetros que influyen en el riesgo de ocurrencia de fallos y que
conducen al usuario hacia alguna de las ocho clases según requisitos (AK) son los
siguientes:
• Alcance de los daños (S)
• Duración (A)
• Posibilidad de rechazo del riesgo (G)
• Probabilidad de ocurrencia (W)
Igual que el nivel se seguridad integral (SIL), estas clase según requisito representan una
manera de evaluar la fiabilidad de los componentes de proceso. La clasificación por clases
según requisitos (AK 1–8) parte de VDI/VDE 2180, mientras que los “Niveles de
Integridad de Seguridad” (SIL 1–4) se definen en IEC 61508.
363

AK
W3 W2 W1 SIL
S1
1* – –
G1 2 1 –
A1
S2 G2 3 2 1
G1 4 3 2
A2 1
G2 5 4 3
A1 6 5 4 2
S3
A2 7 6 5
S4
8 7 6
Alcance de los daños (S) Duración (A)

• S1: Heridas leves a una persona o efectos • A1: De muy poco frecuentes a poco
dañinos menores sobre el entorno, por frecuentes
ejemplo los que no cubre la Ordenanza • A2: De frecuente a permanente
sobre Incidentes Peligrosos.
• S2: Daños graves irreversibles a una o Rechazo del riesgo (G)
más personas o muerte de una persona o • G1: Posible en ciertas condiciones
efectos perjudiciales temporales graves • G2: Virtualmente imposible
sobre el entorno, por ejemplo, los que
Probabilidad de ocurrencia (W)
especifica la Ordenanza sobre Incidentes
Peligrosos. • W1: Muy baja
• W2: Baja
• S3: Muerte de varias personas o efectos
• W3: Relativamente alta
dañinos graves a largo plazo sobre el
entorno, por ejemplo, los que menciona
– AK = Clases según requisitos
la Ordenanza sobre Incidentes Peligrosos.
(“Anforderungsklassen” en alemán)
• S4: Efectos desastrosos, muchos muertos. – SIL = Nivel de Integrid. de seguridad
* Generalmente mediciones técnicas de
trabajo
Fig. 163: Árbol de decisiones para la evaluación del riesgo de funcionamiento defectuoso y de la clase
según requisitos de acuerdo con DIN V 19250 y el nivel de seguridad integral según IEC 61508.
364

AK y SIL están relacionados de la siguiente manera (véase la Fig. 163):
AK 1 → – AK 5, 6 → SIL 3
AK 2, 3 → SIL 1 AK 7 → SIL 4
AK 4 → SIL 2 AK 8 → –
El nivel de seguridad que se desee alcanzar debería ser uniforme en todo el sistema. Por
ejemplo: si un sensor tiene un nivel 3 de seguridad, el resto de componentes del sistema
también han de tener como mínimo nivel 3 (o nivel 4), pero no pueden ser de nivel 1 ó 2.
Causas de fallo y contramedidas

Las posibles causas de fallo pueden clasificarse según los fallos sean “no peligrosos” o
“peligrosos”, aunque algunos de los fallos catalogados como “no peligrosos” interrumpen
de forma incorrecta el flujo normal de proceso. Sin embargo, en general esto suele ser un
problema de disponibilidades y no tiene nada que ver con la seguridad. Por ejemplo, un
comité técnico estudió 34 incidentes y evaluó las causas correspondientes (véase la
Fig. 164). A partir de datos conocidos anteriores – tanto de carácter organizativo como
técnico – es posible reducir el riesgo de incidentes en un margen significativo. Algunas de
éstas se relatan a continuación:
• Supervisión del funcionamiento, por ejemplo desde una sala de control central
• Establecimiento de zonas de protección y distancias de seguridad
• Incorporación de personal especializado, bien entrenado y cualificado
• Integración de un alto nivel de automatización con componentes certificados
Desafortunadamente, la complejidad y diversidad de los parámetros que determinan el

ámbito de la “seguridad funcional” no permite que los fabricantes se limiten a estampar
una etiqueta de calidad “SIL x” en sus contadores. Se requiere un riguroso cuidado en
todos los análisis y cálculos para garantizar una especificación correcta de las condiciones
externas (temperatura ambiente, temperatura del fluido, presión, vibraciones, versión
compacta o remota, interfaz, exactitud de medición, etc.) para que las clases según
requisitos y los modos de respuesta sean efectivamente válidos. Estas restricciones se
aplican en el funcionamiento subsiguiente del equipo y el usuario ha de ser informado de
ello. IEC 61508 especifica los requisitos apropiados para:
• Información / documentación
• Gestión
• Flujo de proceso / trabajos técnicos
• Análisis / cálculos relativos a la evaluación del hardware/software
365

Modificaciones tras
la puesta en marcha Especificaciones
20.6% 44.1%
Funcionamiento y
mantenimiento
14.7%
Diseño e
Instalación y implementación
puesta en marcha 14.7%
5.9%
Ciclo de vida
de las medidas
de seguridad
Contramedidas
Especificación
Gestión de
la seguridad Diseño e
implementación
Requisitos Instalación y
técnicos puesta en marcha
Funcionamiento y
mantenimiento
Calificación del
personal
Modificaciones tras
la puesta en marcha
Fig. 164: Causas de incidentes en plantas y los requisitos derivados.
366

E+H Medición de caudal Directivas para los equipos de presión
Directivas para los equipos de presión
Directiva sobre equipos de presión 97/23/EC (PED)

En mayo de 1997, el Parlamento Europeo y el Consejo Europeo aprobaron la Directiva
sobre equipos de presión (97/23/EC) para la armonización de requisitos, por ejemplo, en
el desarrollo, la fabricación, la verificación y la venta de equipos de presión. El propósito
de esta directiva es garantizar que todos los fabricantes de equipos de presión de la UE
apliquen los mismos niveles de seguridad.
La Directiva sobre equipos de presión obliga a examinar y evaluar en cada producto los
riesgos potenciales debidos a la presión. La venta y el uso de equipos de presión a los que
remite la Directiva que no cumplan sus requisitos, está prohibida desde el 29 de mayo de
2002.
Estos requisitos alcanzan toda clase de productos del tipo contenedores, tuberías o
accesorios con funciones de seguridad presurizados, y cualquier otro aparato de retención
de presiones. Así, los requisitos que establece esta directiva también abarcan los
caudalímetros.
En la Directiva sobre equipos de presión, los caudalímetros se hallan clasificados bajo el
epígrafe general de “sistemas de tuberías” (“piping”). Se evalúan según el riesgo potencial
que representa la presión en éstos, es decir, principalmente según la presión de proceso,
el fluido de proceso y el diámetro nominal. Los caudalímetros, clasificados según estos
criterios, pueden pertenecer a las siguientes categorías de evaluación de riesgos, en orden
de importancia creciente:
Artículo 3 / Párrafo 3:
El caudalímetro ha de cumplir las normativas y regulaciones generales aceptadas de buen
proceder en ingeniería, pero no necesita la marca CE según la Directiva sobre equipos de
presión.
Categoría I:
El caudalímetro ha de ser examinado para evaluar su conformidad con la Directiva sobre
equipos de presión. Este examen puede ser llevado a cabo por el fabricante o por alguna
entidad certificada. El caudalímetro debe llevar la marca CE según la Directiva sobre
equipos de presión.
Categorías II y III:
El caudalímetro ha de ser examinado para evaluar su conformidad con la Directiva sobre
equipos de presión. Este examen ha de ser llevado a cabo por alguna entidad certificada
acreditada para efectuar evaluaciones de conformidad y comisionado por el fabricante. El
caudalímetro debe llevar la marca CE según la Directiva sobre equipos de presión y el
número oficial de la entidad certificadora.
367

Directivas para los equipos de presión E+H Medición de caudal
¿El equipo, Sí
está sujeto a presión?
No ¿El equipo,
está exento de la PED?
(Se emplea, p.ej., Sí
en distribución y
tratamiento de
aguas?
El equipo no está sujeto a la PED
No
¿El equipo dispone

de un alojamiento Sí
presurizado identificable?
¿El equipo está Sí

clasificado según el
No Artículo 3, Párrafo 3?
El equipo está sujeto a la PED,

pero puede no llevar la marca CE
No de acuerdo con la PED
¿El equipo está Sí

clasificado en
la categoría I?
No ¿El equipo está sujeto Sí

a las regulaciones
Ex relativas
a baja tensión?
El equipo está
clasificado en
las categorías II o III.
No
El equipo está El equipo no está El equpo está sujeto El eequpo está sujeto El equipo no está
sujeto a la PED sujeto a la PED, a la PED, y requiere a la PED sujeto a la PED
Ejemplo: equipos de a pesar de tener la certificación de y requiere la verificación
fijación externa presión de proceso alguna autoridad del fabricante
a la tubería señalada por o la certificación de
Ejemplo: contadores el fabricante alguna autoridad
de inserción señalada por el fabricante
Fig. 165: Diagrama para la evaluación de caudalímetros de acuerdo con la Directiva sobre equipos de
presión (PED).
368

E+H Medición de caudal Directivas para los equipos de presión
La clasificación en las categorías I, II o III influye en gran medida en el diseño y la

fabricación de caudalímetros, puesto que, además de las pruebas de resistencia a la
presión, también es necesario llevar a cabo pruebas de resistencia de los materiales y
pruebas de presión individuales específicas, por ejemplo. Es más, las partes relevantes para
la retención de la presión de los caudalímetros pertenecientes a las categorías II o III han
de estar fabricadas de materiales con certificaciones 3.1B, 3.1C o 3.2. Asimismo, el
suministrador de estos materiales debe satisfacer los criterios especiales que dicta la
Directiva sobre equipos de presión.
Los usuarios de caudalímetros E+H pueden verificar el cumplimiento de la Directiva sobre
equipos de presión a partir de los datos siguientes o de los que hallarán en los manuales
de instrucciones correspondientes:
Marcado de E+H indicando la conformidad con la Directiva sobre equipos de presión
Marcado Clasificación según la Directiva sobre equipos de presión

97/23/EC
Artículo 3 (3) Categoría I Categoría II – III
Marcado CE para la Directiva

No Sí Sí
sobre equipos de presión
Número de entidades
No Posiblemente * Sí
certificadoras
Categoría establecida No Sí Sí
Presión nominal establecida Sí Sí Sí
Presión de comprobación
No Sí Sí
establecida
Información general sobre

funcionamiento seguro en el Sí Sí Sí
manual de instrucciones
* Si la evaluación la ha efectuado una entidad certificadora en lugar del fabricante.
369

Directivas para los equipos de presión E+H Medición de caudal
Ley de control de gases a alta presión (Japón)

La ley japonesa para el control de gases a alta presión (GAP), aprobada por el Ministerio
de Comercio Internacional e Industria (MCII1)) en 1951, se desarrolló para evitar
accidentes industriales causados por explosiones de gas o rotura de componentes
presurizados. La ley estipula regulaciones orientadas al control de la fabricación, el
transporte y el almacenamiento de gases comprimidos o gases licuados.
En 1963, el Instituto para la seguridad del gas a presión de Japón (KHK: Koatsu Gas Hoan
Kyokai) se erigió como la principal entidad de inspección de acuerdo con la Ley para el
control de gases a alta presión y la Ley de gases de petróleo licuados. Además de
encargarse de efectuar las inspecciones de los equipos de gas a alta presión, el KHK lleva
a cabo una gran cantidad de actividades relacionadas con todos los ámbitos de la
fabricación, el transporte, la venta y el consumo de gases a alta presión.
El ámbito de aplicación de las normativas GAP incluye todo tipo de contenedores,
sistemas de tuberías, válvulas o cualquier otro tipo de equipamiento presurizado en
contacto directo con el gas. Los caudalímetros se consideran parte de un sistema de
tuberías y por ello se hallan sujetos a esta ley.
Un gas comprimido se clasifica como gas a alta presión cuando:
• la presión de medición teórica a una temperatura de referencia de 35 °C (95 °F) no
es inferior a 10 kg/cm2 o
• la presión de medición en condiciones normales de funcionamiento de la aplicación no
es inferior a 10 kg/cm2.
Un gas licuado se clasifica como gas a alta presión cuando:

• la presión de vapor saturado teórica a una temperatura de referencia de 35 °C (95
°F) no es inferior a 2 kg/cm2 o
• la presión de vapor saturado en condiciones normales de funcionamiento de la
aplicación no es inferior a 2 kg/cm2.
Hay varias excepciones a estas reglas, por ejemplo, el gas acetileno licuado.
Un caudalímetro empleado en una aplicación de gas a alta presión ha de estar adaptado a
estas normativas. El instituto KHK inspeccionará su cumplimiento. Los dispositivos que
pasan dicha inspección reciben una certificación y se marcan en un lugar bien visible con
el logotipo del instituto KHK y el número de certificación.
1) Hoy: Ministerio de Economía, Comercio e Industria (MECI)
370

Custody Transfer
En la → página 219 y sig. se halla información detallada acerca de los requisitos
relacionados con las aplicaciones de Custody Transfer.
Las normativas relativas a las aplicaciones de Custody Transfer aún carecen de una
metrología legal de ámbito internacional. En lugar de ello, se han articulado “meras
recomendaciones”, como las declaraciones internacionales de la OIML (Organisation
Internationale de Métrologie Légale). Los estados miembros de la OIML emplean estas
recomendaciones como base para sus leyes estatales. Por ejemplo, una traducción al
alemán de la OIML R117 fue transpuesta como DIN 19217 por el Physikalisch-
Technische Bundesanstalt (PTB) y constituye la base legal para la certificación del tipo de
sistemas de medición para líquidos distintos del agua. Es más, en lo que concierne a la
comprobación de tipos de dispositivos según la OIML R117, en muchos casos se remite a
diversas publicaciones IEC relacionadas con los sistemas electrónicos de verificación de
funciones (EMC, fuente de alimentación, condiciones climáticas, vibraciones).
En el contexto de líquidos “otros que el agua”, podemos hacer referencia a la OIML R105,
que formula los requisitos para los “sistemas de medición directa de caudales másicos para
cantidades de líquidos”. En el Reino Unido, la OIML R105 es la base para la certificación
completa de los sistemas de medición. Algunos países todavía no disponen de
procedimientos de verificación de tipo para contadores.
Los estados de la UE dan gran importancia a las Directivas de la CE, cuyo objetivo es la
armonización de las diferentes leyes específicas de cada estado miembro. La calibración
inicial de la CE ya es posible para algunos sistemas de medición específicos muy concretos,
como las bombas mecánicas para combustible, los camiones cisterna y las cisternas de
recolección de leche.
En Alemania, por ejemplo, las autoridades de metrología de cada estado tienen la
Eichordnung, u Ordenanza sobre normas estándares, en la cual se definen los requisitos
y condiciones para la certificación de una instancia de comprobación. El PTB traza las
directivas sobre verificación de tipos para contadores o sistemas de medición en forma de
“PTB-Anforderungen” (requisitos PTB).
En países de toda Europa, las autoridades sobre metrología suelen tener que responder al
Ministerio de Economía o al Departamento de Comercio e Industria. Los institutos
metrológicos (como el PTB en Alemania) son las únicas instituciones autorizadas; estos
institutos se hallan cada vez más en proceso de privatización (NMi en los Países Bajos) o,
por lo menos, empujados hacia una orientación más claramente definida como de
economía privada.
Si la nueva “Directiva sobre instrumentos de medición (DIM)” se ratifica en el futuro, los
institutos metrológicos compartirán el derecho a la verificación del tipo de dispositivos y
sistemas con otras entidades especialmente autorizadas de toda Europa. Este hecho
ayudará en gran medida al reconocimiento mutuo de la verificación de tipos.
371

Industrias alimentaria y farmacéutica E+H Medición de caudal
Industrias alimentaria y farmacéutica
EHEDG
El Grupo de Diseño de Equipos Higiénicos (EHEDG, European Hygienic Equipment
Design Group) es un consorcio de fabricantes de equipos, industrias alimentarias,
institutos de investigación y desarrollo y autoridades sanitarias públicas, fundado en 1989
con el objetivo de promover la importancia de la higiene durante el procesamiento y
envasado de productos alimentarios.
El ámbito corriente de trabajo del EHEDG se centra en la ingeniería de procesos higiénicos
para establecimientos de fabricación de productos alimentarios. Este ámbito abarca:
• el diseño de instalaciones y equipamiento y su posibilidad de limpieza
• la instalación de equipos y elementos de construcción
• infraestructuras y servicios industriales
• el mantenimiento de la calidad
25 subgrupos (grupos de trabajo) del EHEDG se encargan de supervisar todos estos

aspectos. En el futuro, es posible la creación de nuevos grupos que traten otras partes de
la cadena de distribución alimentaria en que los defectos en la ingeniería de procesos
puedan tener impactos negativos en la sanidad del alimento en el momento de su
consumo.
Las actividades principales del EHEDG consisten en las actividades siguientes:
• Elaboración, actualización y publicación de directrices.
• Certificación de equipamiento, apoyada por dos grupos:
– los suministradores de equipamiento: organizaciones autorizadas por EHEDG
pueden certificar que sus equipos cumple los criterios de EHEDG. En algunos casos,
la certificación sólo puede obtenerse tras una verificación en un laboratorio
acreditado por un ente autorizado usando los métodos de comprobación del EHEDG.
– los fabricantes de alimentos: pueden elegir equipos higiénicos diseñados por sí
mismos, pero aun así han de garantizar que estos equipos son aptos para el uso
proyectado.
• Organización de conferencias, encuentros regionales y talleres de trabajo.
• Funciones de asesoría para legisladores y grupos de estándares.
FDA
The Food and Drug Administration (FDA), o Administración sobre alimentación y
fármacos es la autoridad americana que proporciona la autorización para la producción de
ingredientes activos, bienes alimentarios y productos farmacéuticos y su comercialización.
Esta administración expende licencias para los materiales empleados en equipos de
fabricación de las industrias alimentaria y farmacéutica.
372

E+H Medición de caudal Industrias alimentaria y farmacéutica
Aunque sólo la calidad del producto final está sometida al control por parte del estado,
también se investiga si los procesos, los constituyentes, los materiales y los detalles de
construcción de la planta de producción se adecúan a las normas que establece la FDA.
Una licencia otorgada por la FDA siempre se refiere al producto que se va a fabricar, es
decir, la FDA no expende nunca licencias para ingredientes individuales. La planta se
inspecciona por completo para un producto o línea de productos específico.
21 CFR parte 11 (CFR = Código de Regulaciones Federales)

La así denominada “parte 11” es una norma concerniente a los registros y las firmas
electrónicas, que ha establecido la Administración sobre alimentación y fármacos (FDA)
americana con la finalidad de definir los requisitos para el empleo de documentos
electrónicos en lugar de registros en soporte papel. La ley, publicada en las Regulaciones
Federales el 20 de marzo de 1997 (y efectiva desde el 20 de agosto de 1997) especifica
los elementos, controles y procedimientos que el sistema necesita para garantizar la
confianza de los registros electrónicos de almacenamiento de datos. El cumplimiento de
esta reglamentación requiere la combinación de un sistema electrónico y de un
procedimiento operativo estándar (los POS). Ningún producto solo puede asegurar dicho
cumplimiento. Sin embargo, algunos productos con funciones integradas que soportan los
requisitos de la 21 CFR parte 11 pueden facilitar significativamente la tarea de alcanzar y
mantener un cumplimiento absoluto de la ley.
Conformidad 3-A
Las normas estándar 3-A proporcionan criterios sanitarios (higiénicos) para los materiales
de uso, el diseño, la fabricación, las facilidades de limpieza y, si procede, la instalación de
dispositivos e infraestructuras. Los comités de desarrollo de las normas estándar 3-A
elaboran documentos con la participación activa de grupos de interesados en
representación de las oficinas de control regulatorio, de los procesadores (usuarios) y de
los suministradores de equipamiento y maquinaria. Estos grupos de observadores revisan
(y si procede, aprueban) las normas estándar propuestas. Sólo tras la aceptación de los
estándares por parte de los tres grupos de observadores es posible pedir una certificación
VTP (Verificación Tri-Partita) y obtener la autorización para utilizar el símbolo 3-A.
Además, la marca 3-A puede estar sometida a verificación por una entidad de
comprobación independiente (laboratorio de verificación). Hoy, los comité 3-A y el grupo
EHEDG trabajan cada vez más conjuntamente para garantizar estándares de calidad de
ámbito mundial.
373

Estándares relativos a las bridas E+H Medición de caudal
Estándares relativos a las bridas

Hay muchos tipos de bridas, diseñados para un amplio campo de aplicaciones y presiones,
que pueden adaptarse a caudalímetros de todo tipo. El problema para el usuario es que en
cada lugar del mundo se aceptan unos estándares propios. El material de las bridas y su
fijación a cuerpos de material distinto puede autorizarse, pero hay que cuidarse de
seleccionar la brida correcta, ya que el empleo de algunos modelos no está autorizado a
temperaturas y presiones elevadas.
Las principales entidades de estándares relacionadas con los modelos de brida incluyen:
• ANSI American National Standards Institute (Instituto americano nacional de
estándares)
• ASTM American Society for Testing of Materials (Sociedad americana para la
prueba de materiales)
• ASA Australian Standards Association (Asociación australiana de estándares)
• AWWA American Waterworks Association (Asociación americana de infrae-
structuras acuáticas)
• BSI British Standards Institution (Institución británica de estándares, véase
ISO)
• DIN Estándares Industriales de Alemania (véase ISO)
• ISO International Standards Organisation (Organización internacional de
estándares)
• JSA Japanese Standards Association, JIS (Asociación japonesa para los
estándares)
• VSM Association of Swiss Engineers (Asociación de Ingenieros de Suiza)
Uno de los motivos por los que existe un número tal elevado de documentos acerca de
bridas son sus características nominales. Por ejemplo, los modelos ISO más habituales son
los que soportan presiones de 6, 10, 25, y hasta 100 bar. En América del Norte, las
características nominales más comunes son 150 lb, luego 300, 600, 900 y superiores. Una
brida de 900 lb, por ejemplo, puede emplearse en aplicaciones de alta presión en alta mar
y tener, por lo tanto, un espesor de varias pulgadas.
En EE.UU., las industrias de cualquier tipo tienden a emplear bridas AWWA para
diámetros grandes. Un documento muy importante sobre estos aspectos es el C207-01,
que detalla todas las dimensiones y los materiales para bridas de diámetros hasta 144” (DN
3.600). También incluye información acerca de la compatibilidad entre los estándares
para brida AWWA y ANSI B16.5 Clase 150. Este importante documento contiene tablas
de datos para disposiciones de bridas locas, bridas de cubo y bridas ciegas. Sobre el
suministrador recae la responsabilidad de que las bridas cumplan completamente las
especificaciones en cuanto a dimensiones y materiales que este documento establece.
374

E+H Medición de caudal Estándares relativos a las bridas
Los documentos globales utilizados más comúnmente son los de los estándares británicos
(incluidos los documentos algo más antiguos BS10, BS1560 y BS4504), ANSI B16.5, las
tablas B-D de AWWA, ASA y JIS. Los estándares establecen las estrictas dimensiones que
debe tener el diámetro total, el grosor de la brida, el tipo de tornillo (su tamaño y el
número de agujeros) y el diámetro del paso circular (DPC). También hay tablas
comprensibles que describen el comportamiento de las características nominales en
función de la temperatura y la presión. La presión de trabajo máxima disminuye al
aumentar la temperatura (y al disminuir por debajo de –40 °C). Una temperatura alta
puede originar corrientes de fuga y una temperatura baja puede causar fracturas
espontáneas en el material, en particular con materiales de plástico o alguna sustancia
compuesta.
A pesar de que el ámbito de las bridas es efectivamente muy complejo, algunos estándares
son equivalentes. Son los siguientes:
• Grupo 1: DIN = VSM = BS 4504 (superado en 1997 por BS EN 1092)
• Grupo 2: JIS
• Grupo 3: ASA = BS 1560 = ANSI B16.5
• Grupo 4: AS 2129 = BS 10
Las tablas siguientes muestran las equivalencias de los cuatro grupos de estándares. El
estándar japonés más importante es JIS 2210, el principal estándar en EE.UU. es ANSI
B16.5, y el estándar básico en Australia es AS 2129.
Grupo 1 (VSM, DIN, BS 4504)
VSM DIN BS 45041)

PN
I II I II I II
6 118695 = 18716 = 2573 = 2631 = Tabla 6/3 = Tabla 6/2
10 118696 = 18717 = 2576 = 2632 = Tabla 10/3 = Tabla 10/2

2)
16 118697 = 18718 = 2501 = 2633 = Tabla 16/3 = Tabla 16/2
2)
25 118698 = 18719 = 2501 = 2634 = Tabla 25/2 = Tabla 25/2
2)
40 118699 = 18720 = 2501 = 2635 = Tabla 40/3 = Tabla 40/2
2)
64 118700 = 18721 = 2501 = 2636 = Tabla 64/3 = Tabla 64/2
2)
100 118701 = 18722 = 2501 = 2637 = Tabla 100/3 = Tabla 100/2
1)
Superado en 1997 por BS EN 1092
2)
Sólo los tamaños de conexión, los grosores se obtienen por cálculo
I = bridas suaves; II = bridas presoldadas
375

Estándares relativos a las bridas E+H Medición de caudal
Grupo 2 (JIS)
PN 5 10 16 20 30 40 63
JIS JIS B 2210
La nomenclatura de los estándares JIS incluye las bridas locas y bridas con cuello para fijación por
soldado
Grupo 3 (ASA/ANSI, BS 1560)
PN (lb) ASA/ANSI BS 1560
150 lb
300 lb
ASA/ANSI B 16.5 BS 1560
400 lb
600 lb
– Estos estándares incluyen todos los tamaños de conexión.

– Comparación de lb/bar basada en acero al carbono de clase 1.4 a –29 hasta +38 °C.
Grupo 4 (AS 2129-1982, BS 10)
PN (lb / bar) AS 2129-1982 BS 10
700 kPa = 7 bar Tabla D
1.440 kPa = 14 bar Tabla E
2.100 kPa = 21 bar Tabla F

3.500 kPa = 35 bar Tabla H BS 10
4.800 kPa = 48 bar Tabla J
6.200 kPa = 62 bar Tabla K
8.300 kPa = 83 bar Tabla R
Estos estándares incluyen todos los tamaños de conexión.
Los caudalímetros se suelen probar a 1,5 veces la presión de trabajo máxima. Así, un
contador de turbina que funcione a 85 bar (1.233 psi) se dotará de bridas DIN PN 100.
Con bridas ANSI, la situación es diferente. Los materiales de brida se hallan tabulados y
sirven para averiguar qué clases de brida ANSI serán las más adecuadas para soportar la
presión de trabajo. A una presión de 1.233 psi (lb/inch2), una opción sería el grupo de
bridas ANSI Clase 600 de acero de carbono; sin embargo, no lo serían las bridas de
376

E+H Medición de caudal Tuberías y accesorios
material 316L. Los usuarios pueden considerar las pruebas de presión hidráulica como
parte de los requisitos de adquisición. Muchos suministradores llevan a cabo las pruebas
de presión automáticamente, de modo que no es necesario añadir gastos de comprobación
adicionales.
Presión de trabajo tolerable:
La presión de trabajo tolerable máxima disminuye cuando aumenta la temperatura, de
forma distinta según cada estándar. Estos valores se hallan tabulados en los distintos
estándares.
Tuberías y accesorios
Como en el caso de las bridas, que acabamos de tratar, el usuario se enfrenta con una vasta
variedad de tuberías, accesorios, materiales y estándares. Sin embargo, el tipo de accesorio
y el material pueden tener una influencia mucho mayor en la ejecución del caudalímetro
que las bridas. La superficie interior afecta tanto al desarrollo de la capa límite como a la
presencia de turbulencias, en especial en las tuberías más grandes.
La Figura 166 muestra una tubería soldada en espiral empleada para el suministro masivo
de aguas. Los rebordes sobresalientes de la soldadura durante varios kilómetros favorece
la formación progresiva de turbulencias en el caudal. Es importante eliminar estos
rebordes sobresalientes y dejar la superficie de la pared interior lisa y suave.
Fig. 166: Las tuberías soldadas en espiral pueden incrementar en gran medida las turbulencias.
Igual que en el caso de las bridas, diversas entidades de estándares establecen directrices
de diseño y de aplicación de tuberías. Considerando solamente ISO, hay 186 documentos
377

Tuberías y accesorios E+H Medición de caudal
habituales vigentes. Una gran cantidad de éstos tratan métodos de diseño, verificación e
instalación para un amplio abanico de tuberías de plástico.
Algunos de estos estándares también se refieren a materiales que ya no se suelen utilizar
hoy en día (ISO 13: 1978 – que trata de tuberías de material de fundición gris) y abarcan
hasta estándares específicos de las industrias más recientes (ISO 14236: 2000 - sobre
tuberías de plástico para empleo en sistemas de suministro de agua). Como las bridas, los
sistemas de tuberías se comprueban a 1,5 veces la presión de trabajo para garantizar un
nivel adecuado de seguridad.
Para una lista completa de documentación, remitimos al lector a la página web de ISO en
la dirección www.iso.org. La tabla siguiente enumera los documentos más importantes,
que abarcan los principales materiales de tubería:
Estándares sobre materiales de tubería
– ISO 161 Tamaños de tuberías termoplásticas

– ISO 881 Tuberías de amianto-cemento para alcantarillado
– ISO 2531 Tuberías y accesorios de hierro dúctil
– ISO 3183 Tuberías de acero para petróleo / gas natural
– ISO 3213 Tuberías y accesorios de polipropileno
– ISO 4065 Gruesos de pared de las tuberías termoplásticas
– ISO 4179 Tuberías de hierro dúctil – revestimientos de cemento
– ISO 4422 Tuberías y accesorios de PVC
– ISO 5256 Tuberías de acero para aplicaciones subterráneas
– ISO 6594 Tuberías para drenaje y accesorios de hierro colado gris
– ISO 9623 PE & PP para adaptadores estándares de metal
– ISO 10839 Tuberías de plástico para fueles gaseosos
– ISO 12092 Accesorios y válvulas de plástico PVC, ABS, ASA
En América del Norte, los estándares disponibles proceden del Instituto Nacional de
Estándares Americanos (ANSI), la Asociación Americana para Infraestructuras Acuáticas
(AWWA) y la Sociedad Americana para Pruebas y Materiales (ASTM). Lo mismo que ISO,
disponen de una gran cantidad de documentación. En las páginas web www.ansi.org,
www.awwa.org o www.astm.org se hallarán las listas completas de éstos. El lector
observará que estas listas disponen de índices cruzados frente a algunos estándares ISO y
JSA (Japón).
Las tuberías y los accesorios deberían inspeccionarse con regularidad para eliminar las
deposiciones, las incrustaciones o la calcificación. En el caso de tuberías enterradas
durante largos períodos, pueden presentarse deformaciones además de cambios de
rugosidad.
378
Flow-es-Bus.fm Page 379 Monday, January 3, 2011 9:40 AM
9
Comunicaciones digitales
9. Comunicaciones digitales
Desarrollos en automatización E+H Medición de caudal
Desarrollos en automatización
Desde el punto de vista del operario de planta, la automatización no es más que un medio
económico y de cierto nivel de calidad de controlar el proceso. Los grandes instrumentos
con indicadores de agujas, los volantes de cierre manuales, las válvulas y las mirillas
estuvieron al orden del día hasta la década de los años cincuenta. La inteligencia de un
plan de producción dependía de las mentes de empleados experimentados que disponían
etiquetas por todas partes. La medición y el control se efectuaban “a ojo” a medida que se
necesitaba. La Figura 167 muestra que la transmisión de datos a distancias de centenares
de metros ya existía en el siglo XIX.
Sin embargo, la aparición de los transmisores, con su capacidad para convertir variables
de proceso en corriente eléctrica transmitible, posibilitó a los propietarios-operarios la
automatización progresiva de sus plantas de proceso. Actualmente, la presencia de
ordenadores, PLC y sistemas distribuidos de control e instrumentación se han convertido
en herramientas habituales del paisaje que configuran los entornos de proceso, para la
ayuda y conveniencia en la optimización de procesos y en la productividad a alto nivel.
Fig. 167: Transmisión de datos, año 1898. El nivel del agua de una presa medido con una sonda de
flotador (izquierda) se transmite como señal eléctrica por cable hasta un registrador de tambor.
Fuente: RODDA, J.T. – Notes on Water Supply, Londres 1898.
“Al principio fue la medición”, se suele parafrasear a menudo, pues las primeras
instalaciones de los primeros elementos de automatización significaron el tener que hallar
380
E+H Medición de caudal Desarrollos en automatización
métodos y medios de registro y transmisión de todas las variables de proceso importantes,

como la temperatura, la presión, el caudal, el nivel, etc. El paso siguiente consistió en
sustituir por reguladores, servoválvulas, posicionadores y válvulas de control remoto los
actuadores de tipo antiguo –volantes de cierre, válvulas de corredora, etc. Evidentemente,
la calidad del resultado del proceso depende en gran medida de la precisión de los equipos
de campo.
Pero, ¿cómo se transmiten los datos desde los equipos de medición hasta el sistema de
automatización y de éste a los actuadores? En ausencia de un estándar de comunicaciones
aceptable en la industria, se fue estableciendo, más o menos por omisión, la señal
analógica 4–20 mA, que es la señal que se emplea incluso hoy en día en la mayoría de
plantas para transmitir información entre los equipos de medición y los actuadores, a pesar
de que esta señal carece intrínsecamente de la capacidad de trabajo por red. 4 mA
corresponde al valor inicial y 20 mA al valor de fondo de escala, de modo que el campo
de valores total se comprime en un manejable intervalo de 16 mA. Así, para un intervalo
de medida del caudal entre 0 y 100 m3/h (0 y 440 gpm), un valor medido de 50 m3/h
(220 gpm) presenta el valor de intensidad siguiente:
Valor inicial = 0 m3/h (0 gpm) → 4 mA

Valor de fondo de = 100 m3/h (440 gpm) → 20 mA
escala
Valor medido = 50 m3/h (220 gpm) → 12 mA
Los equipos a 2 hilos requieren una corriente de alimentación de 4 mA de intensidad. Las

dos principales ventajas de emplear señales de 4–20 mA son: que el sistema resulta
intrínsecamente seguro y que es de fácil transmisión por dos hilos. Estos dos aspectos le
han conferido su aceptación universal. La configuración también permite la detección
inmediata de circuitos abiertos. Sin embargo, los usuarios desean una potente capacidad
de comunicación y una precisión máxima en sus equipos de campo, combinación de
requisitos que la integración de una señal de 4–20 mA no puede manejar con facilidad.
Por ejemplo, sólo puede transmitirse una señal por cada par de hilos, por ejemplo la
información transmitida por la señal de 4–20 mA que define la variable de medición.
No obstante, la mayoría de equipos de campo modernos incorporan procesadores que
digitalizan la señal analógica procedente del sensor y preprocesan dicha información antes
incluso de que sea transmitida al entorno de procesamiento. Así, estos equipos permiten
ofrecer a los usuarios una gran riqueza de información. Los datos de proceso, es decir, los
valores medidos, pueden venir acompañados simultáneamente en la misma corriente
digital por “señales de estado” de mantenimiento y diagnóstico o de otros parámetros
como el rango de valores de medida (Fig. 168). Las ventajas son evidentes. Tanto la puesta
en marcha como el mantenimiento se simplifican mucho y el sistema entero se beneficia
de este incremento de flexibilidad.
381
Desarrollos en automatización E+H Medición de caudal
SPS Sistema
Punto medic.= FIC7845

Caudal = 70.34
3
convencional digital Unidades = m /h
12.3 mA
4...20 mA Contador = 234
3
Unidades = m
Estado = OK
Esc Esc
- + E - + E
Fig. 168: Comparación entre comunicación analógica y digital.
La transmisión de señales de 4–20 mA presenta otro inconveniente, a saber: necesita

convertidores digital a analógico (D/A) y analógico a digital (A/D). Un microprocesador,
en cambio, siempre da una señal digital, de modo que ahorra una primera conversión
D/A a la señal 4–20 mA y la subsiguiente conversión A/D a la señal digital que requiere
el sistema de automatización. Las conversiones de señal siempre involucran pérdidas de
precisión (Fig. 169) y además generan costes innecesarios. La transmisión digital de datos
no presenta este inconveniente.
Otro punto a favor de la comunicación digital de los equipos es que todos ellos pueden
estar conectados a un mismo cable (Fig. 170). Si todas las señales de estado adicionales se
tuvieran que transmitir por una instalación convencional, el esquema del cableado sería
espeluznante. Un sistema de señales digital requiere menos cableado incluso aunque
transporta un volumen mayor de datos, por lo que los costes de instalación y cableado son
menores.
En términos generales, las ventajas de la transmisión digital de señales se adaptan a los
requisitos que demandan los usuarios de caudalímetros. Las encuestas a ingenieros de
instrumentación y control confirman este aspecto. Según revelan los resultados de estas
encuestas, las características más apreciadas en los caudalímetros son: su fiabilidad (94%),
su sencilla calibración (86%), su elevada precisión de medición (79%), la posibilidad de
configuración y resolución de problemas en línea (70%), y su bajo coste de adquisición en
propiedad (65%).
382
E+H Medición de caudal Desarrollos en automatización
Equipos de campo convencionales
4...20 mA
A D A
S D A D
unidireccional
Conversiones A/D innecesarias
Equipo con bus de campo
Bus de campo
A
S D
bidireccional
Fig. 169: Conversiones digital/analógica en una transmisión de señales con equipos de campo
convencionales y equipos de buses de campo.
Componente pseudoprocesador PNC Componente pseudoprocesador PNC
Módulo E/S Acoplador de segmentos Ex [i]
Regleta de clasificación
Ex [i] Alimentación
Regleta de clasificación
Sala de control
Caja de conexiones Campo
Fig. 170: Comparación entre cableado convencional (izquierda) y bus digital (derecha).
383
Protocolo HART E+H Medición de caudal
Hemos visto cómo la tecnología digital posibilita lograr todos estos requisitos de forma
muy efectiva. Por este motivo, se invirtió un gran esfuerzo en el desarrollo de un nuevo
estándar de integración de señales para los equipos de campo, que culminó en la
definición del bus de campo.
Al principio, los usuarios se enfrentaban a una gran diversidad de sistemas, lo cual
provocaba una gran confusión a la hora de averiguar qué bus de campo resultaba mejor
en cada caso. Lo cierto es que no existe un solo y único bus de campo. En primer lugar,
es necesario definir la aplicación para la cual se va a emplear el bus de campo. A este
respecto, la estandarización es un criterio importante. Las soluciones estandarizadas son
el punto de partida para una amplia gama de productos y ofrecen protección garantizada
ante las inversiones. Como resultado, han surgido diversos estándares nacionales paralelos
a las comisiones internacionales:
• PROFIBUS en Europa (sobre todo en Alemania)
• FOUNDATION Fieldbus en América
Todos estos estándares se han establecido en el mundo de la automatización de procesos,

de modo que los usuarios pueden seleccionar una amplia gama de productos.
Los desarrollos de buses de campo nacionales e internacionales van asimismo
acompañados de un tercer progreso en el ámbito de las comunicaciones digitales para
instrumentos de medición y control. La así denominada tecnología SMART pretende
combinar la tecnología analógica con las ventajas de la transmisión digital. SMART solapa
una señal de comunicación digital a la señal del valor medido a 4–20 mA. El protocolo
HART, en este aspecto, ha alcanzado un estatus de estándar industrial. En lugar de
funcionar como bus de campo, HART trabaja principalmente como interfaz de
comunicaciones de “equipos de campo inteligentes” con finalidades de configuración y
diagnóstico.
En este punto, el panorama general de la automatización de procesos presenta tres
sistemas de comunicaciones que compiten más o menos en el mismo nivel:
• HART (tecnología SMART)
• FOUNDATION Fieldbus
• PROFIBUS
Protocolo HART
HART (Highway Addressable Remote Transducer, es decir: transductor remoto
direccionable de alta velocidad) representa un primer intento de superar las restricciones
de la transmisión analógica de señales. Permite la comunicación digital entre el equipo de
campo y un controlador (portátil o en un PC). La comunicación se superpone sobre la
señal de corriente analógica (Fig. 171). Esto significa que la señal convencional y la señal
de comunicación digital se pueden procesar al mismo tiempo.
384
E+H Medición de caudal Protocolo HART
HART se acompaña de otras tecnologías digitales. Éstas y HART suelen agruparse bajo el
concepto de “tecnología SMART”. Al contrario que HART, otras tecnologías (como el
protocolo DE de Honeywell, BRAIN de Yokogawa y Foxcom de Foxboro) no son abiertas,
sino de código propietario. Esto significa a su vez que restringen la elección de la
instrumentación a los equipos de un solo fabricante. Éste es el motivo por el cual las
soluciones específicas de un fabricante tienen cada vez menos relevancia.
Por su parte, el protocolo HART, desarrollado originalmente por Fisher-Rosemount, es
abierto desde 1992. Los derechos correspondientes al protocolo HART pertenecen ahora
a la Fundación para la comunicación HART (FCH). Esto asegura neutralidad, por un lado,
e independencia, por el otro. Fabricantes, integradores de sistemas y usuarios son
miembros de esta fundación, uno de cuyos cometidos es la evolución del protocolo HART.
Muchos fabricantes de equipos incorporan el soporte HART en sus productos para la
automatización de procesos. Los usuarios se benefician de una amplia y diversa gama de
sensores, actuadores, interfaces y productos de integración de sistemas.
Transferencia de datos
El protocolo HART superpone una señal de frecuencia sobre la señal de corriente
analógica de 4–20 mA. La señal de frecuencia está modulada entre 1.200 y 2.400 Hz. La
frecuencia alta corresponde a un cero (0) lógico, mientras que la frecuencia baja
representa un uno (1) lógico (Fig. 171). Esta simple conmutación de frecuencias
(Frequency Shift Keying, FSK) corresponde al estándar americano de comunicaciones Bell
202. La superposición no afecta en absoluto a la señal de corriente analógica. Y tampoco
los componentes convencionales, por ejemplo los instrumentos del lazo de corriente o los
módulos de entrada analógica lenta de los sistemas de control de proceso perciben esta
señal de frecuencia superpuesta.
I [mA] +0.5 mA
20 -0.5 mA
1200 Hz 2200 Hz
“1” “0”
Fig. 171: Transferencia de datos HART con modulación FSK.
385
Protocolo HART E+H Medición de caudal
El protocolo HART clasifica los diversos dispositivos usuarios en “maestros” y “esclavos”.

Los equipos de campo como los servoactuadores y los transmisores suelen ser esclavos.
Son dispositivos que responden a los comandos emitidos por el maestro. Los maestros
consisten típicamente en unidades de control portátiles, software de control ejecutado
desde un PC, y cada vez más, sistemas de control de procesos. La velocidad de
transferencia de datos es baja. Los tiempos de ejecución típicos son del orden de 500 a
800 ms por transacción (por ejemplo, la transmisión de un valor medido).
Clases de comandos
El conjunto de comandos HART distingue entre tres clases de comandos que pueden ser
empleados para acceder a diferentes parámetros del equipo.
Comandos universales:
Los comandos de tipo universal permiten la identificación del equipo HART conectado.
Algunos comandos universales sirven para leer información sobre el equipo, que incluye
el fabricante, la designación del contador, el número de serie, la constante de tiempo y el
rango activo de valores de medida. Hasta cuatro valores de medida con sus unidades
correspondientes se pueden obtener con comandos universales. Otros comandos
universales son los comandos de escritura para la designación del contador, la información
del usuario y la dirección del equipo. Todos los equipos HART esclavos soportan
comandos universales.
Comandos de uso común:
Los comandos de uso común permiten ajustar la configuración básica de los equipos
HART. Entre los parámetros de entrada se incluyen el tiempo de integración, el punto
cero, el rango activo de valores de medición y las unidades. El conjunto de comandos de
uso común suele bastar para manejar equipos de campo sencillos como transmisores de
temperatura o de presión. Sin embargo, no suele ser suficiente para el manejo de equipos
algo más sofisticados como transmisores de nivel o caudalímetros. No todos los equipos
HART esclavos soportan los comandos de uso común, aunque sí la mayoría.
Comandos específicos del equipo:
Todas las funciones del equipo que no pueden ser asimiladas por los comandos universales
o los comandos de uso común disponen de lo que se conoce como comandos específicos
del equipo. Son comandos definidos por el fabricante del equipo. No están estandarizados
y, por lo tanto, el fabricante los proporciona en forma de descripción del dispositivo (DD).
Los dispositivos maestros HART pueden interpretar el DD y utilizar todas las funciones del
equipo, independientemente del tipo de comando al que correspondan.
Desafortunadamente, sólo unos pocos sistemas maestros están capacitados para utilizar
esta característica.
Conexiones del equipo

La estructura punto-a-punto es una estructura de conexiones típica de uso ampliamente
difundido en las aplicaciones de proceso. Un maestro, ya sea una unidad de control
386
E+H Medición de caudal Protocolo HART
portátil o un PC con un módem de protocolo HART, se comunica con un dispositivo

HART esclavo. La señal analógica rápida de 4–20 mA se utiliza para el control y la
supervisión del proceso, debido a su disponibilidad. Los usuarios también pueden emplear
la señal de comunicaciones HART para obtener información de mantenimiento y
diagnóstico, además de otros datos de proceso. La señal se deriva hacia el módem HART
o la unidad portátil, conectados en paralelo al cable de 2 hilos (Fig. 172). Es importante
asegurarse de que la resistencia de la línea entre las conexiones del módem HART sea, por
lo menos, de 250 Ω. En caso contrario de no alcanzar esta impedancia de carga, las
señales no se detectarán.
SPS SPS
PC con software
operativo
Señal HART Señal HART
4...20 mA
4...20 mA
módem HART
Consola HART
portátil
Esc Esc
- + E - + E
Fig. 172: Configuraciones punto-a-punto con el protocolo HART. Conexión de un PC funcionando con
un software MMI (izquierda) y de una consola HART portátil (derecha).
La configuración punto-a-punto es una posibilidad, pero los equipos HART también

pueden funcionar en una estructura parecida a la de un bus. Esta estructura se conoce
como modo “multipunto”. En este caso, la salida de corriente analógica se inhibe, en otras
palabras, se mantiene a un valor constante de 4 mA. Entonces, las comunicaciones del
equipo pasan a ser sólo digitales. La corriente de 4–20 mA deja de utilizarse para
transferencia de señales. Hasta 15 equipos pueden conectarse a un bus de cable a 2 hilos.
La configuración multipunto es la excepción en el entorno HART. La ausencia de la señal
de corriente analógica rápida y la fiabilidad en la lenta señal digital de HART (solamente
2 valores medidos por segundo) permite aplicar la configuración HART multipunto sólo
en aplicaciones muy lentas. Algunos ejemplos de su utilización incluyen el registro del
gráfico de temperatura o la supervisión en aplicaciones de almacenaje en cisternas
múltiples. Los sistemas Fieldbus, PROFIBUS PA o FOUNDATION Fieldbus tienden a ser
los preferidos en configuraciones HART multicaída.
387
Sistemas de bus de campo E+H Medición de caudal
Ventajas de las comunicaciones HART

Gracias a su compatibilidad inherente con la transmisión de señales analógicas a 4–20
mA, muchos equipos analógicos están siendo sustituidos por equipos HART cuando
aquéllos tienen que ser retirados por reparación o por tareas de mantenimiento. Merece
la pena tener presente que un equipo HART permite el ajuste del rango de valores de
medida y la autocalibración, y que puede ejecutar autodiagnósticos como tarea de
mantenimiento en tiempo real. El protocolo HART ofrece ventajas significativas para una
puesta en marcha rápida y para obtener diagnósticos detallados en caso de presentarse
problemas.
Sistemas de bus de campo

Un sistema de bus de campo sustituye la tecnología analógica de 4–20 mA con un simple
cable de 2 hilos entre la sala de control y el equipo de medición en el lugar de medición.
Todos los equipos están conectados en paralelo a este cable de bus y toda la información
se transmite digitalmente; esto es: los datos necesarios para el control y la supervisión del
proceso, y las funciones y parámetros necesarios para la puesta en marcha, ajuste y
diagnóstico. Éstas son las características que permiten a un sistema de bus de campo
ofrecer a los usuarios numerosas ventajas en términos de inversión, mantenimiento y
operatividad.
Ventajas para el usuario

El cableado es simple e involucra menos infraestructura, lo cual reduce los costes de
instalación y funcionamiento. Los cables multifilares, gruesos como un brazo humano, se
reemplazan por cables bus a 2 hilos. Los distribuidores de campo son
correspondientemente simples, pequeños y económicos. Esto, a su vez, representa costes
de infraestructura significativamente más bajos. Menos cables se traduce en menos
soportes para cable y menos agujeros en la pared (Fig. 173).
Comparar los costes de hardware para una configuración convencional y los de la
configuración de bus de campo correspondientes resulta sencillo. Todos los componentes
de un sistema se identifican fácilmente y a cada uno se le puede asignar su precio
individual. La experiencia demuestra que, según la configuración hardware, incluso
aunque los equipos de bus de campo son más caros, los costes globales del sistema son
comparables con los de los sistemas de cableado convencional, y algunos ejemplos
particulares presentan hasta un 30% de ahorro en costes. El beneficio real es la simplicidad
general del sistema.
El bus de campo también ofrece funcionalidad reforzada y fiabilidad. Por otra parte,
aunque las funcionalidades de fácil puesta en marcha y autodiagnóstico son parecidas a las
que ofrecen los equipos HART, la comunicación de bus de campo de alta velocidad
permite además compatibilidad con sistemas de control de procesos en tiempo real.
También permiten procesar simultáneamente una amplia variedad de mensajes de estado
y de alarma.
388
E+H Medición de caudal Sistemas de bus de campo
Los contadores multivariable capaces de registrar dos o más variables de proceso

simultáneamente pueden mejorar aún más la reducción de costes que ofrece el bus de
campo. Por ejemplo, los caudalímetros másicos Coriolis modernos no sólo registran el
caudal másico y el caudal volumétrico, sino además la densidad del fluido, la temperatura,
el totalizado e incluso la viscosidad.
Fig. 173: La inversión en cableado de bus de campo (izquierda, flecha) y los componentes hardware
(derecha: cabina con unas 2.500 señales de E/S) es significativamente inferior que la de un sistema de
señales convencional.)
La tecnología en señales convencional necesitaría por lo menos seis canales de entrada

analógicos para lograr lo mismo. Un equipo con bus de campo retorna todos estos valores
en formato digital por un cable bus a 2 hilos.
El ahorro significativo en inversión inicial es una característica de las instalaciones de bus
de campo. Por supuesto, como en los sistemas convencionales, los equipos de campo han
de instalarse en el lugar de medición mismo. Sin embargo, tras su instalación, la sencillez
de las conexiones empieza a dejarse notar en los costes. Los bien probados conectores de
clavija para campo reemplazan los sensibles bornes terminales de tornillo. Al necesitarse
muchos menos cables, la instalación del cableado se efectúa con mayor rapidez. El
procedimiento de puesta en marcha de los sistemas de bus de campo es mucho más
389
PROFIBUS E+H Medición de caudal
sencillo que el de las aplicaciones convencionales. La verificación del cableado es una

simple cuestión de comprobación de los cables a 2 hilos, en lugar de cables multifilares.
Además, los equipos de bus de campo permiten crear archivos de documentación con el
ajuste de los parámetros del equipo e imprimirlos. Estos archivos también se pueden
enviar por red para traspasar documentación. Así, si hay que sustituir un equipo se puede
ajustar su parametrización cargando estos archivos de documentación, y de este modo se
garantiza que la parametrización se corresponde exactamente con la del equipo original.
Para validar los gastos ahorrados que se acumulan durante las sucesivas etapas de
instalación y puesta en marcha es necesario tener acceso a ciertos datos. Es preciso
documentar el coste / hora de cada etapa individual de los distintos procesos, así como
de los costes fijos. En muchos casos, esta información no está inicialmente disponible con
suficiente detalle. Algunos ejemplos prácticos presentan ahorros del orden del 40 al 50%.
Estas características solas ya bastarían para justificar el coste adicional de los contadores
con interfaces de bus de campo –incluso antes de tener en cuenta las ventajas de la
economía de cableado.
PROFIBUS
PROFIBUS (Process Field Bus, es decir: bus de campo para procesos) se basa en estándares
internacionales reconocidos y está en el mercado desde 1994. La tecnología PROFIBUS
se sustenta y se desarrolla en la organización de usuarios conocida como PROFIBUS
Nutzerorganisation e.V. (PNO). La oficina PNO persigue asegurar la calidad de procesos,
difunde publicaciones, emite certificados y ofrece apoyo técnico. PROFIBUS se emplea
tanto en el ámbito de los procesos de producción como en el de los de automatización,
cuyos requisitos divergentes han generado tres versiones PROFIBUS diferentes:
• PROFIBUS FMS Fieldbus Messaging Specification (especificación de mensajes fieldbus)
• PROFIBUS DP Decentralized Peripherals (periféricos descentralizados)
• PROFIBUS PA Process Automation (automatización de procesos)
FMS surgió en primer lugar y dado que su campo de aplicación era muy amplio, su
implementación resultaba asimismo compleja. La versión DP se definió específicamente
para aplicaciones sencillas y muy veloces en el ámbito de la automatización de
producción. Se ha consolidado como el sistema de bus de campo más difundido,
especialmente en Europa.
PROFIBUS PA satisface los requisitos que exige la automatización y posibilita conectar
sensores y actuadores a un bus común –incluso en zonas con riesgo de explosiones.
PROFIBUS PA se basa en la transmisión física de los datos según se define en la norma
IEC 61158-2 y en la versión funcionalmente reforzada de PROFIBUS DP. También se
añadieron servicios acíclicos al protocolo PROFIBUS DP, de modo que los equipos de
campo se pudieran parametrizar y diagnosticar por bus. Los servicios ampliados son
390
E+H Medición de caudal PROFIBUS
opcionales y compatibles con el protocolo convencional PROFIBUS DP. El protocolo

ampliado se designa por DP-V1 para distinguirlo de la versión no ampliada.
Los caudalímetros pueden disponer de una interfaz PROFIBUS DP o PROFIBUS PA, según
la aplicación –es decir, según sean aplicaciones de ingeniería de procesos o de producción.
Arquitectura del sistema

Una red típica consta de un dispositivo maestro (PLC, maestro de clase 1) PROFIBUS DP
y una red a la cual puede estar conectada una estación de trabajo con algún sistema
software operativo (maestro de clase 2) y otros dispositivos PROFIBUS DP como
convertidores de frecuencia, dispositivos remotos de E/S, etc. (Fig. 174).
PROFIBUS DP
9.6...12000 kBit/s, RS 485
PROFIBUS PA
0 - 10 bar
c
PROFIBUS PA
31.25 kBit/s, IEC 61158-2 (MBP)
0 - 10 bar
Fig. 174: Arquitectura del sistema con PROFIBUS DP/PA.

a = Sistema de automatización, b = Sistema operativo, c = Acopladores de segmentos
391
PROFIBUS E+H Medición de caudal
En un sistema PROFIBUS DP, el subsistema bus solamente se utiliza para la transmisión

de datos; los equipos de campo siempre disponen de fuentes de alimentación
independientes. El estándar elegido en general para la transferencia de datos por un
sistema PROFIBUS DP es el RS 485. Un cable de cobre de dos hilos trenzados apantallado
interconecta los distintos equipos usuarios del bus. Las velocidades de transferencia de
datos son seleccionables desde 9,6 kbit/s hasta 12 Mbit/s y la longitud máxima de los
cables de cobre es de 1.200 metros (3.940 pies), aunque los cables guía de fibra óptica
amplían este límite hasta varios kilómetros (millas). Por su gran velocidad de transmisión
de datos, PROFIBUS DP se emplea cada vez más en funciones de dosificación y procesos
de llenado, en las cuales la rapidez de ejecución es un factor crítico.
Hasta 32 equipos usuarios del bus pueden estar conectados a un único segmento
PROFIBUS DP. Cuando el número de usuarios sobrepasa los 32, hay que emplear
repetidores para interconectar los distintos segmentos de bus.
Los equipos PROFIBUS PA se conectan a los PROFIBUS DP de orden superior por medio
de acopladores de segmento. Las funciones principales de los acopladores son la
conversión de formato PROFIBUS DP (RS 485) a PROFIBUS PA (IEC 61158-2), la
alimentación de los equipos de campo y la limitación de la corriente de alimentación de
las aplicaciones en zonas con riesgo de explosiones. Los dispositivos a 4 hilos como los
caudalímetros y los analizadores requieren más potencia, y necesitan otra alimentación
aparte del puerto PROFIBUS PA intrínsecamente seguro. La velocidad de transmisión es
de 31,25 kbit/s y no es posible cambiarla.
Un único segmento PROFIBUS PA en un entorno sin riesgo puede soportar hasta 32
usuarios de bus. El tipo de acoplador de segmento seleccionado determina el número
máximo de equipos que pueden conectarse y la longitud máxima posible del bus. Una
aplicación en una zona de riesgo de explosiones puede tener hasta 10 usuarios conectados
a un bus y alcanzar una longitud de hasta 1.000 metros (3.280 pies), aunque el consumo
de corriente también limita aún más estos valores.
La ventaja principal de PROFIBUS PA consiste en que soporta el modelo conocido como
Fieldbus Intrinsically Safe Concept (FISCO). Desarrollado en Alemania por el Physikalisch
Technische Bundesanstalt (PTB), FISCO es hoy el modelo básico reconocido en todo el
mundo de operación de sistemas de bus de campo en zonas con riesgo de explosiones. Si
los componentes empleados (dispositivos de campo, acopladores de segmento, cables,
etc.) están certificados conforme al modelo FISCO, una agencia de certificación puede
declarar el sistema intrínsecamente seguro sin necesidad de tener que pasar ninguna
inspección especial de aceptación. De este modo se evitan los exhaustivos cálculo que
requiere una verificación de la seguridad intrínseca de las instalaciones de 4–20 mA en
una zona de riesgo.
392
E+H Medición de caudal FOUNDATION Fieldbus
Transferencia de datos cíclica:
El sistema de automatización (maestro de clase 1) emplea la transferencia de datos cíclica
para cumplir sus funciones de control de lazo abierto y lazo cerrado. Las variables de
proceso relevantes, como por ejemplo el caudal o la presión, se leen a intervalos regulares
y son procesadas por el maestro de clase 1, el cual envía señales a los actuadores para que
ejecuten las acciones correspondientes de acuerdo con el resultado de sus cálculos. El
maestro de clase 1 lee una archivo de datos de equipo (archivo GSD) con el fin de
determinar qué datos cíclicos soporta cada equipo de campo. El maestro de clase 1 ha de
obtener este archivo GSD, que proporciona el fabricante del equipo, mediante una
herramienta de software de configuración como parte del procedimiento de configuración
de un sistema PROFIBUS PA o DP.
Transferencia de datos acíclica:
La transferencia de datos acíclica se utiliza para cargar valores de parámetros durante la
puesta en marcha y las tareas de mantenimiento, y muestra los valores de las variables
medidas que no se incluyen en el tráfico de datos cíclicos. Se accede a los datos desde una
estación de trabajo (maestro de clase 2). El sistema operativo debe conocer qué parámetros
soporta cada equipo de campo, por lo que necesita una descripción de dispositivo (DD).
Igual que el archivo GSD, el fabricante también proporciona el DD en soporte electrónico.
Las descripciones del equipo son comandos no estandarizados por PROFIBUS, lo cual
significa que los diversos sistemas operativos que hay en el mercado necesitan DD
diferentes.
FOUNDATION Fieldbus
FOUNDATION Fieldbus (FF) está considerado, juntamente con PROFIBUS PA, como el
bus de campo más importante en el ámbito de la ingeniería de procesos. La fundación
Fieldbus Foundation, una organización sin ánimo de lucro que desarrolla la tecnología FF
y elabora documentación acerca de la misma, y representa los intereses de los miembros
de la fundación, ostenta los derechos sobre este software. La sede central de la fundación
se encuentra en Austin, EE.UU. Igual que PROFIBUS, la fundación Fieldbus distingue dos
niveles:
• FOUNDATION Fieldbus HSE (H2)
• FOUNDATION Fieldbus H1
Arquitectura del sistema

El sistema FF H1 se utiliza en el ámbito de las instalaciones de campo. Como PROFIBUS
PA, el sistema FF H1 emplea la transferencia de datos según IEC 61158-2, de modo que
las condiciones para su instalación son más o menos las mismas –los sensores y los
actuadores se conectan a un bus común, incluso en zonas con riesgo de explosiones
393
FOUNDATION Fieldbus E+H Medición de caudal
(Fig. 175). Así, la única diferencia entre un dispositivo PROFIBUS PA y su contrapartida

FF H1 es el protocolo de comunicaciones. Las interfaces son idénticas. El sistema FF HSE
(H2) se define como un derivado de la Ethernet de alta velocidad a 100 Mbit/s y
constituye un nivel de comunicación de alta velocidad entre estaciones automatizadas.
El PROFIBUS equivalente es el PROFIBUS DP. La transiciones entre terminales de red
H1/HSE (H2) se llevan a cabo por medio de los denominados dispositivos de enlace
(linking devices). El equivalente en una configuración PROFIBUS son los acopladores de
segmento. Sin embargo, a diferencia de PROFIBUS, un dispositivo de enlace FF descarga
algunas funciones adicionales como parte del control de datos.
Las especificaciones de definición del sistema FF H2 finalizaron recientemente. Fieldbus
Foundation decidió ya en 1998 no terminar sus especificaciones originales y optar, en
lugar de ello, por las directrices básicas de la tecnología de transferencia de datos de
Ethernet. El efecto impactante de esta decisión es que el cliente dispone de los
componentes básicos a bajo coste.
FF-HSE
BT
FF-H1 SB
LD
PS BT
BT
PS
FF-H1
BT
Fig. 175: Arquitectura del sistema con FOUNDATION Fieldbus y componentes correspondientes
(estructura lineal).
FF-HSE = Ethernet de alta velocidad, FF-H1 = FOUNDATION Fieldbus-H1,
LD = Dispositivo de enlace FF-HSE/FF-H1, PS = Fuente de alimentación, SB = Barrera de seguridad,
394
E+H Medición de caudal FOUNDATION Fieldbus
BT = Terminación del bus

Los fabricantes de sistemas en el ámbito de la ingeniería de procesos eran las fuerzas
motrices que promovían las especificaciones de la Fundación Fieldbus. Fisher-Rosemount,
Yokogawa, Foxboro y Honeywell fueron sus principales contribuyentes. No sorprende,
por tanto, que la FF se haya ceñido a las necesidades de las aplicaciones en ingeniería de
procesos. Sin embargo, un resultado de este apoyo es que la inversión para la
implementación en el ámbito mismo de los dispositivos es relativamente alta. Los
dispositivos FF requieren de tres a cinco veces más memoria que sus homólogos
PROFIBUS PA. La otra cara de la moneda es que los dispositivos FF ofrecen más
funcionalidades que las menos sofisticadas unidades PROFIBUS. La capacidad para
soportar bucles de control básico en campo destaca esta diferencia (véase la misma pág.).
De modo parecido a como se definía en PROFIBUS, FF también establece una distinción
entre dos modos de transferencia de datos:
Transferencia de datos planificada (cíclica):
En este modo de transferencia de datos, todas las señales cuya dependencia en el tiempo
es crítica, es decir, todas las señales de medición y actuación que surgen continuamente,
se transmiten y procesan según un plan fijo determinado. El dispositivo maestro FF recibe
la información de los datos comunicados de este modo a través de un archivo corriente
CFF (Common File Format, formato común de archivo).
Transferencia de datos no planificada (acíclica):
Los parámetros del equipo y la información sobre el diagnóstico cuya dependencia del
tiempo no es crítica para el proceso se transmiten al bus de campo sólo cuando se
necesitan. La transferencia se efectúa sólo en los intervalos entre las comunicaciones
planificadas. El sistema operativo necesita una descripción del dispositivo (DD) para poder
acceder a los parámetros del equipo, igual que en el caso de PROFIBUS. Pero a diferencia
de PROFIBUS, FOUNDATION Fieldbus presenta una descripción de dispositivo
estandarizada.
Control básico en campo

El control básico en campo es la ventaja principal de FF H1 respecto a PROFIBUS PA. FF
H1 proporciona a los equipos de campo la capacidad para llevar a cabo por sí mismos
funciones simples de control de procesos, lo cual permite descargar de dicha tarea a los
equipos y sistemas de control de orden superior. El maestro de enlace (LM: link master)
coordina el intercambio de datos entre los distintos puntos de trabajo de la red FF H1, por
ejemplo entre un sensor y una válvula de control, y garantiza que dos dispositivos de
campo no accedan al bus simultáneamente (Fig. 176). Un usuario del bus con el equipo
adecuado también se puede descargar directamente la funcionalidad de maestro de enlace
(LM).
395
FOUNDATION Fieldbus E+H Medición de caudal
AI PID AO
Fig. 176: Ejemplo de control básico de proceso en campo (control de caudal) con FF H1.
AI = bloque de función de entrada analógica, PID = bloque de función PID, AO = bloque de función de
salida analógica. En sistemas FF, el lazo de control puede hallarse directamente entre el sensor y la válvula
de control. Lo único que hace el sistema global de orden superior, es especificar el punto de consigna.
396
Flow-es-calibration.fm Page 397 Monday, January 3, 2011 9:40 AM
10
Calibración y verificación
10. Calibración y verificación

Algunos comentarios introductorios E+H Medición de caudal
Algunos comentarios introductorios

Los sistemas de ingeniería de procesos y los procesos de producción automatizada se
supervisan y controlan por medio de sensores (por ejemplo, caudalímetros) y de
actuadores como válvulas, bombas, etc. El papel de los sensores es crucial, ya que
supervisan y miden las condiciones en el seno de la planta o el sistema.
Los caudalímetros requieren una verificación y una calibración periódicas. La frecuencia
de estas operaciones depende de la severidad de los requisitos en términos de calidad y
seguridad aplicables a los contadores y a todo el sistema. El operario de planta determina
los intervalos de calibración para el caudalímetro, según su ubicación y las condiciones a
las que se halle sometido. El proceso de calibración puede bastar para rectificar los
cambios mecánicos que puedan aparecer en el sensor por envejecimiento, por ejemplo, o
para corregir las desviaciones que se puedan producir en el analizador electrónico de
señales.
Expresado en términos sencillos, la finalidad de la calibración es averiguar si hay
desviaciones respecto de su correcto funcionamiento, ya sean de fábrica (calibración
inicial) o bien porque han surgido por el uso; la calibración permite corregir ambas
situaciones. E+H dispone de diversos centros de calibración en todo el mundo (Fig. 177,
178) para sistemas con diámetros nominales que van desde DN 1 hasta 2.000 (0,04 hasta
80"). Estos centros pueden evaluar la ejecución de un caudalímetro al más alto nivel que
marcan los estándares. Todas las instalaciones y los métodos de verificación son
reconocibles y están completamente documentados de acuerdo con estándares
internacionalmente aceptados.
Fig. 177: El corazón de las instalaciones de calibración de E+H en Cernay (F).

Para una colocación precisa de los caudalímetros con diámetros nominales de hasta 2 metros (80") en la
línea, se requieren adaptadores mayores que los que se emplean en las aplicaciones reales.
398

E+H Medición de caudal Algunos comentarios introductorios
El proceso de calibración:
El último paso en el proceso de fabricación de la mayoría de caudalímetros es la
“calibración húmeda” con agua. En este proceso, la señal de salida del “valor real” del
“equipo bajo prueba (EBP)” se ajusta hasta que alcanza el “valor objetivo” del sistema de
calibración.
La calibración consta en general de dos etapas. Primero, se verifica el punto cero (es decir,
el valor a “caudal cero”) y se determina su estabilidad. A continuación, se eligen por lo
menos dos puntos del campo de valores para verificar la linealidad del equipo. Los
caudalímetros cuya relación entre el caudal y la señal de salida no es lineal se identifican
con facilidad y pueden efectuarse los ajustes pertinentes. De este modo se consiguen
contadores con las propiedades de linealidad y repetibilidad deseables. Para que un
caudalímetro ofrezca lecturas correctas, la calibración ha de efectuarse “en mojado” o,
cuando proceda, en una instalación con gas.
La incertidumbre de medición es el criterio de calidad más importante para poder
comparar distintas instalaciones de calibración. Cuanto menor sea el valor de la
incertidumbre, mejor; pero los costes de inversión que representa una instalación de
calibración para los operarios aumentan exponencialmente. En este contexto, es
importante tener presente que unos buenos niveles de incertidumbre serán sospechosos
para un auditor experimentado en calidad de procesos a menos que sean fruto de la
aplicación de estándares aceptados o se hayan obtenido en laboratorios de calibración
acreditados.
Fig. 178: Las mediciones de verificación y calibración empiezan tan pronto como los “equipos bajo
prueba” (caudalímetros) se han colocado con precisión en el sistema.
399

Métodos de calibración E+H Medición de caudal
Métodos de calibración
Para calibrar caudalímetros se pueden emplear métodos de comparación de volúmenes o
de masas. Dado que la masa es una propiedad fundamental, la incertidumbre total suele
ser menor que con los métodos de calibración volumétricos. El volumen de un fluido
depende de la temperatura y la presión, por lo que es necesario tener en cuenta estos
parámetros en los sistemas volumétricos.
La cantidad de fluido que circula por un contador se mide con la ayuda de recipientes de
volumen calibrado o se determina por métodos gravimétricos, con una escala de pesos, y
se compara con las lecturas que muestra el “equipo bajo prueba” (Fig. 179).
Método volumétrico
Los métodos volumétricos de calibración consisten en un contenedor de capacidad
conocida con precisión que se utiliza para comparar volúmenes. Este contenedor puede
tener una escala para leer el volumen, o puede estar provisto de uno o más conmutadores
de límite de nivel que permiten el paso del fluido, lo paran o desvían su sentido de
circulación. Ningún método garantiza un buen comienzo durante la calibración (excepto
los tubos patrones), por lo que tanto las fases de arranque y paro como la lectura de la
escala presentan una incertidumbre adicional.
Las técnicas modernas de calibración en mojado emplean cada vez más métodos
gravimétricos. Sin embargo, en determinadas situaciones, el método volumétrico que
emplea verificadores de tuberías ofrece algunas ventajas:
• No hay pérdidas en la medición de precisión de cantidades muy pequeñas, debido a que
se trata de un circuito cerrado. Las cantidades residuales de fluido en el aparato no
afectan al resultado.
• A velocidades lentas de circulación del fluido y tiempos de medición
correspondientemente largos, el sistema cerrado de los tubos patrones impide errores
por evaporación.
• Los tubos patrones posibilitan buenos arranques y paros.
• Pueden ser portátiles y resultan muy útiles para la verificación en campo.
Método gravimétrico
El procedimiento para la calibración con este método consiste en lo siguiente. Se hace
circular agua desionizada desde un depósito de capacidad adecuada por el “equipo bajo
prueba” hasta que el sistema se estabiliza en el campo de valores de medida deseado. Una
vez alcanzado este estado, un derivador de caudal conmuta con rapidez y de manera
reproducible y la cantidad de fluido derivado circula hacia el recipiente de pesado.
Simultáneamente, un interruptor electrónico dispara un contador de frecuencia o de
impulsos. Cuando en el recipiente hay la cantidad de agua deseada, el derivador de caudal
recupera su posición inicial y el interruptor del contador de impulsos se cierra. A
continuación se comparan los resultados obtenidos por el recipiente de pesado y el
contador de impulsos; si los resultados discrepan, el “equipo bajo prueba” se ajusta hasta
minimizar estas discrepancias (= ajuste del factor de calibración).
400

E+H Medición de caudal Métodos de calibración
Si el “equipo bajo prueba” es un caudalímetro másico, la lectura del recipiente de pesado

se puede comparar directamente con el valor obtenido a partir del contador de impulsos.
Si el contador es de tipo volumétrico, el valor obtenido con el recipiente de pesado ha de
ser compensado por la dependencia de la densidad del agua con la temperatura.
Método del maestro-esclavo (caudalímetro maestro)

La precisión que alcanzan algunos modelos de caudalímetros es casi comparable a la de
los laboratorios o instalaciones de calibración en donde éstos se calibran. Los contadores
volumétricos de desplazamiento positivo, algunos contadores de turbina y los
caudalímetros másicos Coriolis modernos presentan incertidumbres inferiores a ±0,1%.
Por este motivo, a menudo se emplean como estándares secundarios para calibrar
caudalímetros de menor precisión.
Si se dispone de caudalímetros de referencia con suficiente estabilidad y precisión de largo
alcance, se pueden utilizar en configuraciones para la calibración de tipo maestro-esclavo.
Éste es uno de los métodos empleados en los centros de calibración de E+H. El “maestro”
consiste en caudalímetros másicos o electromagnéticos especialmente sincronizados. La
señal de referencia para el “equipo bajo prueba” es el valor medio de los maestros,
configurados para el diámetro nominal del “equipo bajo prueba”. El intervalo de tolerancia
es ±0,1%.
A B
2500 dm3 V ⋅ ρ = 2500 kg
2503 kg
3
2503 dm
Fig. 179: Calibración volumétrica (A) y gravimétrica (B).
401

Métodos de calibración E+H Medición de caudal
Calibración de contadores de gas

El Centro de Producción de Endress+Hauser Flowtec en Reinach (CH) fabrica
caudalímetros másicos por dispersión térmica y actualmente dispone de dos bancos de
calibración de gas/aire en funcionamiento, que son traceables con estándares
internacionales conforme a la norma ISO/IEC 17025.
Las instalaciones de calibración de aire (Fig. 180) comprenden dos secciones giratorias y
una fija que establecen completamente nuevos estándares conceptuales y tecnológicos. Se
seleccionó el concepto probado de sistema de carga giratorio con el objetivo de posibilitar
una sujeción rápida y precisa de los dispositivos en ensayo en las diversas secciones de
medición (DN 15 - 150 / 1/2 - 6"). Dicha instalación permite posicionar un sensor en
brida con máx. hasta ± 0,1 mm de centricidad. Su estanqueidad es verificable en cada
banco antes de la calibración del sensor. Cuenta con tres tipos distintos de contadores
patrón para cubrir un rango de caudal desde 0,05 kg/h hasta 10.000 kg/h (0,0018 a
367 lb/min). Combinando toberas críticas, contadores de pistón rotativo y de turbina de
gas se garantiza una mínima incertidumbre de ± 0,3% v.m. (en todo el rango de caudal).
Un sistema especial para el control de la climatización mantiene el aire existente en la sala
de calibración en un valor predefinido exactamente, día y noche (estabilidad de la
temperatura: 24ºC ± 0,5ºC durante un ciclo de calibración, estratificación de las
temperaturas por metro de altitud: < 0,5ºC, humedad relativa: < 40%). Los requisitos para
el sistema de control de aire proceden de las reglas de calibración legales de dispositivos
contadores de gas (PTB-Prüfregel, vol. 29). Dichas reglas requieren condiciones
ambientales estables y controladas en el interior de la sala de calibración.
Fig. 180: El centro de calibración de aire para contadores por dispersión térmica en las instalaciones de
Endress+Hauser en Reinach (CH). Dos bancos garantizan una calibración de elevada precisión.
402

E+H Medición de caudal Acreditación
Acreditación
Una acreditación significa el reconocimiento formal de una entidad en cuanto a
competencia técnica para la ejecución de determinados servicios específicos, como por
ejemplo la calibración. Sólo organizaciones autorizadas como las oficinas de metrología
estatales pueden otorgar acreditaciones. Una acreditación representa para el laboratorio
de calibración o verificación que lo ha obtenido mucho más que la simple capacidad de
análisis y comparación de resultados; comporta entrar en el reino del conocimiento
experto que constituye la base para la transparencia, confianza y comparabilidad. Este
conocimiento experto se concentra en los aspectos siguientes:
Personal:
• Conocimiento especializado
• Experiencia práctica
• Formación continuada en servicio
Infraestructuras técnicas:
• Criterios para procesos de toma de decisiones (directrices)
• Estructuras requeridas
• Métodos a aplicar
Estructura organizativa:
• Independencia
• Imparcialidad
• Control de calidad
Así, una acreditación es una medida de confianza, que permite a las autoridades, la
industria y la sociedad reconocer si las organizaciones responsables de verificar,
inspeccionar y certificar desempeñan sus obligaciones de manera fiable. Las acreditaciones
se basan en extensivos estándares internacionales.
Estándares internacionales
La eliminación de barreras comerciales internacionales representó el disparo de salida para
el establecimiento de la organización originariamente conocida como “Cooperación para
la calibración en la Europa Occidental (CCEO)”. Este organismo se ha convertido en la
“Cooperación europea para la acreditación (EA)”.
Este objetivo debía alcanzarse por el reconocimiento mutuo de certificados de
acreditación europeos e internacionales y, por lo tanto, de los certificados expedidos por
los entes acreditados. El reconocimiento mutuo de los distintos actores entre los firmantes
fue registrado y ratificado en un acuerdo multilateral (AML), en el cual:
• Cada firmante reconoce los entes acreditados por cualesquiera otros firmantes como si
hubieran sido acreditados por sí mismo.
• Cada firmante hará campaña activa en favor del reconocimiento, por parte de la
industria y las autoridades, de todos los entes acreditados por el resto de firmantes.
403

Trazabilidad E+H Medición de caudal
• Cada firmante guiará su política de actuación según los documentos directores emitidos
por la EA.
• Cada firmante se someterá al asesoramiento del resto de los firmantes cada tres años.
Las normas EN 45001-3 son la base para la acreditación de los laboratorios de calibración.
Este conjunto de normas es también la plataforma sobre la cual se ha desarrollado el algo
más complejo estándar ISO/IEC 17025. Los laboratorios con acreditación EN 45001
dispusieron de un intervalo de dos años para adaptarse a la ISO/IEC 17025. Durante el
2003, todos los laboratorios de calibración y verificación en los estados miembros de la EA
han debido alcanzar los criterios de acreditación marcados por la ISO/IEC 17025.
Trazabilidad
Trazabilidad significa una “cadena irrompible” de comparaciones en sentido inverso desde
el “equipo bajo prueba” hasta el equipo de verificación y, finalmente, hasta estándar
nacional de rango superior de un estado. La Figura 181 muestra las diversas etapas
jerárquicas que constituyen la cadena de comparaciones para una aplicación de
calibración.
El nivel más bajo lo constituye el “equipo bajo prueba”. Un nivel por encima es la
aplicación de calibración misma y los estándares de trabajo que se emplean para la
comparación. El siguiente nivel por encima está constituido por los estándares de
referencia internos, en otras palabras, los calibradores internos que se emplean para
recalibrar la instalación periódicamente según determinados valores específicos y
documentar los resultados en un archivo histórico de calibración. En el nivel siguiente
encontramos los laboratorios de calibración acreditados responsables de la recalibración
periódica de los calibradores internos.
A continuación, en el nivel superior de la jerarquía, está el estándar nacional. Esta será,
en general, la instancia que expida la acreditación a los laboratorios de acreditación tras
auditorías periódicas. En Suiza, el ente en cuestión es el departamento de Servicios de
acreditaciones suizo (SAS), de la Oficina Federal de metrología y acreditaciones
(Bundesamt für Metrologie und Akkreditierung, METAS).
Alemania tiene el Deutsche Addreditierungsrat (DAR), un departamento del Physikalisch-
Technische Bundesanstalt (PTB), y el organismo equivalente en Francia es el Comité
Français d’Accreditation (COFRAC). En el Reino Unido, dicho ente es UKAS. El resultado
de una medición no es fielmente trazable a menos que la cadena de comparaciones esté
completa e íntegra (sin roturas) a lo largo de toda la secuencia desde el equipo de
verificación hasta el estándar nacional. Actualmente no hay reconocimiento formal entre
Europa y los Estados Unidos en este ámbito, pero se están haciendo movimientos en este
sentido.
404

E+H Medición de caudal Trazabilidad
Physikalisch-Technische
Oficina Federal Suiza de metrología y acreditación (METAS)
Bundesanstalt (PTB)
Berna, Suiza
Alemania
Empresa Traco Empresa Moser Endress+Hauser

acreditada SCS acreditada SCS acreditada DKD
Acreditación No. 02 Acreditación Acreditacion
No. 014 No. 13001
Contador de
Calibrador Contador con Termómetro de Pesos Pesos
presión de servicio
con certificado certificado escala cerrada 20 x 20 kg 10 x 500 kg
Cerabar
SCS SCS certificado SCS 8 x 6250 kg
certificado DKD
IFC Contador
24 m
-
Esc
+ E
TT PT
DN 250...2000
TT PT
Esc
- + E
DN 50...250
0.4 t
5t
50 t
Fig. 181: Cadena de trazabilidad para las aplicaciones de calibración de E+H en Cernay (F). Todos los
recursos empleados en esta cadena se hallan sujetos a un control de verificación de los recursos y han de
ser recalibrados a intervalos periódicos. Se han de establecer intervalos de tiempo máximos para la
verificación de cada elemento del equipo, según el calendario de planificación de verificación de recursos
especificado en ISO 9000, y el cumplimiento de dicho calendario de planificación es permanentemente
supervisado.
405

Incertidumbre de la medición E+H Medición de caudal
Incertidumbre de la medición
Los métodos de medición empleados son igual de significativos que la infraestructura
técnica utilizada para la calibración. Entre éstos podemos incluir, por ejemplo, el método
utilizado para evaluar la incertidumbre de la medición en un sistema de calibración. En la
Página 42 el lector podrá recordar la definición de “incertidumbre”.
Hoy, los laboratorios de calibración acreditados adoptan una aproximación unificada y
evalúan la incertidumbre de medición de sus sistemas de acuerdo con las “Guías para la
expresión de las incertidumbres de medición en calibración” (GUM). Este conjunto de
directrices se desarrolló a instancias de siete organizaciones internacionales dedicadas a
estándares y metrología y se publicó por primera vez en 1993. Eran las siguientes: BIPM,
IEC, IFCC, ISO, IUPAC, IUPAP y OIML.
La incertidumbre de la medición es un parámetro fuertemente asociado al resultado de la
medida; caracteriza la dispersión de los valores que pueden ser razonablemente asignados
a la variable medida.
La incertidumbre de medición más pequeña definible es uno de los parámetros empleados
para definir el ámbito de acreditación de un laboratorio de calibración. Otros parámetros
involucrados son:
• Variables físicas (sistema de unidades, masa, volumen)
• Método de calibración
• Tipo de dispositivo (“equipo bajo prueba”)
• Campo de medida
La incertidumbre de medición más pequeña definible suele estar especificada en el

formulario de registro de la entidad de calibración o en otros documentos. Éste es el valor
sobre el que se basa la acreditación y se especifica en todos los certificados de acreditación.
La expedición de estos certificados remite a una prueba de acreditación.
La finalidad de las entidades de acreditación es confirmar la incertidumbre de medición
más pequeña definible. Sin embargo, aunque la incertidumbre de medición ha de definirse
según los términos especificados por la GUM, parece evidente que la incertidumbre de
medición más pequeña definible ha de permitir normalmente su confirmación
experimental. Este requisito implica que el ente acreditador no puede simplemente
quedarse en calcular la incertidumbre de medición, sino que ha de supervisar o
comisionar comparaciones suficientes para verificar los resultados obtenidos mediante
cálculo. Los laboratorios de calibración de alta precisión como los de E+H alcanzan
incertidumbres inferiores al 0,05% v.l. para los caudalímetros, frente a las cifras normales
de aproximadamente entre 0,1 y 0,5% v.l.
En la calibración de los instrumentos de medición hay que tener en cuenta dos hechos
fundamentales:
• Un instrumento de medición no puede ser calibrado para una incertidumbre de
medición superior a su valor de repetibilidad.
• El error de medición incluye todos los errores sistemáticos y aleatorios inherentes al
mismo estándar de calibración.
406
Flow-es-calibration.fm Page 407 Thursday, January 27, 2011 11:29 AM

E+H Medición de caudal Calibración en campo
Las condiciones en las que transcurre el proceso de calibración son de importancia crítica
a la hora de obtener un resultado razonable. Uno de los factores principales es la
estabilidad del caudal durante todo el proceso de calibración.
La infraestructura de verificación puede disponer de tanques de estabilización de presión
y equipamiento para mantener el caudal estable. Ello ayuda a garantizar que el equipo por
verificar funciona en condiciones estables (o virtualmente estables). Estrictamente
hablando, la curva de error obtenida durante el proceso de calibración sólo sirve para las
mediciones siguientes si el contador en cuestión funciona en las mismas condiciones con
las que se llevó a cabo la prueba de verificación.
Calibración en campo
En el pasado, las verificaciones y calibraciones regulares de los equipos de medición de
calidad se consideraba simplemente una “buena práctica”. Hoy en día, estas buenas
prácticas han alcanzado el estatuto de obligaciones en muchos ámbitos de la industria. La
calibración en campo es sin duda el método más deseable, ya que comprueba la ejecución
del contador en su lugar de instalación y operaciones habitual.
Fig. 182: Calibración en campo con un banco de calibración portátil certificado. Los equipos patrón son
tres caudalímetros másicos Coriolis (Promass) de Endress+Hauser.
Desafortunadamente, la calibración de caudalímetros en campo es probablemente la más

difícil de conseguir y a menudo no se piensa en su necesidad a la hora de construir la
407

Calibración en campo E+H Medición de caudal
planta. Al instalar los puntos de medición críticos, debería preverse la posibilidad de una
ramificación o corriente de derivación del punto de medición. De este modo, el fluido
podría desviarse a través de un contador maestro o posiblemente, en el caso de un
caudalímetro Coriolis, hacia un contenedor de tara y peso bien conocidos. Al desempeñar
estas tareas, es preciso asegurarse de que no hay fugas en las válvulas de derivación, sobre
todo durante el proceso de calibración. La posibilidad de efectuar una calibración en
campo depende del fluido que se va a medir y de los caudalímetros involucrados. Estas
posibilidades se restringen si dicho fluido es corrosivo, de alto valor económico, peligroso,
o si se manipula a temperaturas o presiones extremas. Si, además, el tamaño del contador
supera los 250 mm (10"), efectuar una calibración en campo resulta aún más complicado.
En la Figura 182 vemos a un técnico equipado con un dispositivo portátil para la
calibración de un contador volumétrico de desplazamiento positivo. El dispositivo ha sido
completamente calibrado en una instalación de calibración acreditada que asegura el
mantenimiento de su trazabilidad. Aunque éste es un método aceptable (y el más
deseable), la incertidumbre total de la calibración será mayor de lo que se pueda obtener
en un laboratorio primario. Al efectuar una calibración en campo es imprescindible que el
técnico trabaje estrictamente siguiendo algún procedimiento operativo normalizado (POS)
que garantice que la verificación se lleva a cabo de modo controlado y repetible según las
directrices que marca un buen proceder.
Recientemente se han desarrollado técnicas que permiten comprobar la ejecución
correcta de un contador. Estas técnicas incluyen herramientas electrónicas y simuladores
como FieldCheck de E+H (véase la página 409). También es factible montar sobre la
tubería del dispositivo bajo prueba caudalímetros no intrusivos como caudalímetros
ultrasónicos de fijación externa (Fig. 183).
Fig. 183: Verificación en campo de un caudalímetro magnético con un sistema de medición de caudal
por ultrasonidos portátil de E+H (Prosonic Flow combinado con dos sensores de fijación externa).
408

E+H Medición de caudal Verificación de los caudalímetros de campo
Ambas prácticas son viables en términos de simples comprobaciones y verificación de

mediciones. Sin embargo, la incertidumbre total resultante de tales pruebas, por su
naturaleza, no suele ser aceptable para confirmar que el contador bajo prueba se halla
dentro de sus especificaciones de funcionamiento normal, especialmente si se usan
contadores de fijación externa. Este hecho no deja a muchas empresas más opciones que
la de retirar el contador y comprobarlo remotamente en alguna infraestructura interna
específica para calibración, o llevarlo a alguna instalación externa que efectúe la
calibración en su nombre. Esto devuelve la incertidumbre de la calibración a unos límites
aceptables.
Observación: los caudalímetros ultrasónicos de fijación externa, si se usan de forma
correcta, ofrecen una buena ejecución, pero normalmente no son aptos para cubrir toda
la diversidad de aplicaciones de medición de caudales habituales en las plantas de proceso.
Verificación de los caudalímetros de campo

La recalibración de un caudalímetro es casi siempre costosa y más bien trabajosa. Si no es
posible efectuar una calibración en campo, el equipo tiene que ser retirado y calibrado o
ajustado en alguna instalación adecuada para efectuar procesos de calibración.
Fig. 184: Comprobación de un caudalímetro electromagnético en campo con el verificador/simulador

FieldCheck de E+H. Si los caudalímetros trabajan con fluidos abrasivos, como es el caso en esta mina en
Sudáfrica, han de ser inspeccionados con frecuencia y requieren un mantenimiento preventivo.
409

Verificación de los caudalímetros de campo E+H Medición de caudal
El equipo FieldCheck de E+H es un verificador/simulador que permite comprobar las

funciones principales de los caudalímetros en campo. De este modo se puede alargar el
intervalo entre dos procesos de calibración en húmedo o – si se teme que las desviaciones
de la electrónica del equipo secundario puedan afectar al equipo principal – pueden
incluso evitarse estas recalibraciones. FieldCheck puede verificar por completo toda la
cadena de electrónica de un caudalímetro magnético, por ejemplo, y simular las diversas
señales (entradas de señal de medición, salidas de intensidad de corriente, salidas de
impulso/frecuencia, etc.). Permite comprobar los parámetros del sensor, como el tiempo
de elevación de la corriente en las bobinas, la integridad de los electrodos en el interior
del tubo de medición cuando está lleno, etc. Los verificadores modernos de este tipo
pueden simular el concepto de seguridad de una instalación de producción “en frío”, es
decir, sin necesidad de caudal circulando, con la finalidad de evaluar situaciones como un
bloqueo de tubería (bombas atascadas) o la superación de un valor límite superior/
inferior.
A pesar de todas sus funciones, un verificador o simulador – sean cuales sean el tipo o las
tareas que ejecute – no puede sustituir nunca una buena calibración efectuada en una
instalación para calibración de caudalímetros adecuada (para líquidos o gases). Esta última
siempre ofrece una incertidumbre menor.
410
Flow-es-Appendix.fm Page 411 Wednesday, January 19, 2011 12:02 PM
11
Apéndice – Diagramas – Tablas
11. Apéndice – Diagramas – Tablas E+H Medición de caudal
Hoja de datos “Especificaciones del contador”
Condiciones de proceso
Velocidad del caudal (litros/min) mín. .................. normal ........................ máx. ......................
Presión de proceso (bar/psi) mín. .................. normal ........................ máx. .......................
Temperatura (°C / °F) mín. .................. normal ........................ máx. .......................
3
Densidad del fluido (kg/m ) ......................................... Viscosidad .................... a ................... °C / °F
Fluido (designación) ................................................... Presión de vapor ........... mbar a ............°C / °F
líquido gas bifásico
abrasivo Sí No corrosivo Sí No
gas húmedo Sí No fluido sucio Sí No
Aplicaciones
Precisión Proceso por lotes No Sí Tiempo por lote: .............

Veloc. cte del fluido Sí No
< 0,5% Caudal pulsante Sí No
< 1%
< 2% Veloc. caudal volum. Unidades: .........................................
< 5% Veloc. caudal másico Unidades: .........................................
< 10% Totalización Unidades: .........................................
Instalación
Instalación exterior Sí No
Diámetro nominal de la tubería (DN): Material de la tubería
................................
Tramos rectos antes/después del caudalímetro (expresado en DN = diámetros nominales):
Entrada: ............. DN Salida: .............. DN
Codos corriente arriba Sí No Si “Sí” – a una distancia de: .................... DN

Bomba corriente arriba Sí No Si “Sí” – a una distancia de: .................... DN
Otros accesorios Sí No Si “Sí” – dónde: ...................................... DN
Línea horizontal Línea vertical Inclinada
Otros factores
Alimentación disponible No Sí ........ V DC AC

Alimentación cerca caudalím. Sí No
Riesgo de congelación Sí No
Acceso para servicios restringido pobre bueno

Señales de salida requeridos 4–20 mA impulso otros.......................................
Interfaz digital (bus) ............................................
412
E+H Medición de caudal 11. Apéndice – Diagramas – Tablas
Características de ejecución de los caudalímetros
Principio de medición / Fluido Precisión

Tipo de contador (L, G, V) * (típica)
Placa de orificio L, G, V 0,6 a 2% v.f.e.
Tubos de Venturi L, G 0,6 a 2% v.f.e.
Sección variable L, G 2% v.f.e.
Desplazamiento L, G < 0,1 a 2% v.l.
Turbinas L, G, V 0,1 a 2% v.l.
Vortex L, G, V 0,5 a 1% v.l.
Electromagnéticos L 0,2 a 1% v.l.
Ultrasónicos (Doppler) L, G 1% v.l. a 2% v.f.e.
Ultrasónicos (tiempo de tránsito) L, G, V 0,35% v.l. a 2% v.f.e.
Coriolis L, G, V 0,05 a 0,5% v.l.
Caudalím. másicos térmicos L, G 0,5% v.l. a 2% v.f.e.
Sistemas de pesado L, sólidos 0,1% v.l.
Análisis de correlación cruzada L, sólidos 0,5% v.l. a 2% v.f.e.
De láser L, G, V 1% v.l.
Métodos de traza L, G, V 1 a 2% v.l.
Vertederos L 3 a 5% v.l.
Canales L 3 a 5% v.l.
* L = Líquido, G = Gas, V = Vapor

Continúa en la página siguiente
413
Principio de medición / Repetibilidad Rangeabilidad Nº Reynolds

Tipo de contador mín.
Placa de orificio 0,5% v.l. 3 a 10:1%. 3.000
Tubos de Venturi 0,5% v.l. 4 a 10:1%. 10.000
Sección variable 1% v.l. 10:1 –
Desplazamiento 0,02% v.l. hasta 50:1 > 100
Turbinas 0,02% v.l. 25:1 5.000
Vortex 0,2% v.l. 15:1 5.000
Electromagnéticos 0,1% v.l. más de 100:1 2.000
Ultrasónicos (Doppler) 0,5% v.l. más de 20:1 5.000
Ultrasónicos (tiempo de tránsito) 0,25% v.l. más de 20:1 10.000
Coriolis 0,02% v.l. más de 100:1 1.000
Caudalím. másicos térmicos 0,5% v.l. más de 100:1 5.000
Sistemas de pesado 0,1% v.l. 50:1 > 100
Análisis de correlación cruzada 0,5% v.l. 100:1 5.000
De láser 0,25% v.l. hasta 2.000:1 > 100
Métodos de traza 1% v.l. hasta 1.000:1 –
Vertederos 1 a 2% v.l. 400:1 –
Canales 1 a 2% v.l. 120:1 –
414
Principio de medición / Diámetro nom. Temp.máx. Presión máx.

Tipo de contador [mm / pulg.] [°C / °F] * [bar / psi] *
Placa de orificio 1 a 1.000 (0,04 a 40") 1.000 / 1.830 500 / 7.250
Tubos de Venturi 25 a 4.000 (1 a 160") 1.000 / 1.830 600 / 8.700
Sección variable 2 a 150 (0,08 a 6") 450 / 840 100 / 1.450
Desplazamiento 5 a 400 (0,2 a 16") 250 / 480 50 / 700
Turbinas 5 a 800 (0,2 a 32") 500 / 930 3.000 / 43.500
Vortex 15 a 400 (0,5 a 16") 400 / 750 250 / 3.600
Electromagnéticos 1 a 3.000 (0,04 a 120") 250 / 480 150 / 2.200
Ultrasónicos (Doppler) > 5 (0,2") 200 / 390 200 / 2.900
Ultrasónicos (tiempo de tránsito) > 2 (0,08") 200 / 390 200 / 2.900
Coriolis 1 a 250 (0,04 a 10") 400 / 750 400 / 5.800
Caudalím. másicos térmicos 1 a 2.500 (0,04 a 100") 300 / 570 100 / 1.450
Sistemas de pesado Sin límites 150 / 300 Presión amb.
Análisis de correlación cruzada 25 a 300 (1 a 12") 250 / 480 150 / 2.200
De láser > 25 (1") 150 / 300 200 / 2.900
Métodos de traza Sin límites Sin límites –
Vertederos > 25 (1") Temp. amb. Presión amb.
Canales > 100 (4") Temp. amb. Presión amb.
* Valores típicos para los instrumentos comerciales

415
Principio de medición / Pérdidas de carga a Qmáx Entradas / Salidas *

Tipo de contador (pérdida carga = v2 /2g) (DN = diámetro nominal)
Placa de orificio 8× 40 × DN / 10 × DN
Tubos de Venturi 4× 20 × DN / 5 × DN
Sección variable 3× 0 × DN / 0 × DN
Desplazamiento 2× 3 × DN / 2 × DN
Turbinas 2× 20 × DN / 5 × DN
Vortex 2× 25 × DN / 5 × DN
Electromagnéticos cercana a 0 10 × DN / 5 × DN
Ultrasónicos (Doppler) cercana a 0 20 × DN / 5 × DN
Ultrasónicos (tiempo de tránsito) cercana a 0 15 × DN / 5 × DN
Coriolis 8× 0 × DN / 0 × DN
Caudalím. másicos térmicos 2× 20 × DN / 5 × DN
Sistemas de pesado cercana a 0 0 × DN / 0 × DN
Análisis de correlación cruzada cercana a 0 15 × DN / 5 × DN
De láser cercana a 0 30 × DN / 10 × DN
Métodos de traza cercana a 0 80 × DN / 0 × DN
Vertederos 4× 10 × DN / 5 × DN
Canales 4× 10 × DN / 5 × DN
* Valores típicos para aplicaciones prácticas
416
Velocidad del fluido – caudal (DN 1 a 125 / 0,04 a 5")
Q DN
3
[USgal/min] [dm /min] [mm] [Pulg.]
4
10 150 6
2.000
5 100 4
1.000
500 2
50 2
103
200
500
100
1
50 200
0 20 3/8
100
20 1/2
50 10 3/8
10
5 20 1/4
5
10
2
5 1/8
1
0,5 2 2
1
0,2
0,5 1
0,1
0,05 0,2
0,1
0,02
0,05
0,01
0,02
0,01
0,1 0,2 0,5 1 2 5 10 [m/s]
v
0,5 1 2 5 10 20 [Pies/s]
Ejemplos:
– Caudal = 30 dm3/min, diámetro nominal = DN 15 → velocidad del fluido = 2,9 m/s
– Caudal = 70 dm3/min, velocidad del fluido = 1,5 m/s → el diámetro nominal ideal es DN 32
417
Velocidad del fluido – caudal (DN 100 a 2.000 / 4 a 80")
Q DN
3
[USgal/min] [m /h] [mm] [Pulg]
5 5 2.000 80
10
5 50
2
1.000
5
10 2
5
104
500 20
5
2 400
300
104 2 10
5 200
103
500 5
2
100
103
200
500
100
50 2
50
200
100 20
1
50 20
10
0,1 0,2 0,5 1 2 5 10 [m/s] v
0,5 1 2 5 10 20 [Pies/s]
Ejemplos:
– Q = 250 m3/min, diámetro nominal = DN 150 → velocidad del fluido = 3,8 m/s
– Q = 3.000 m3/h, velocidad del fluido = 2,5 m/s → el diámetro nominal ideal es DN 600
418
Frecuencia de formación de vórtices en líquidos
[Pulg]
)
)
¼
(6
DN
)
(4
)
)
)
)
(½
(8
(2
(3
(1
(1
(1
[mm]
0
0
f [Hz]
0
15
50
80
10
15
32
25
40
20
0)
(1
200
0
25
2)
(1
0
30
100
6)
(1
0
40
50
0)
(2
0
50
20
10
2 3
3 [m /h]
1 2 5 10 20 50 100 2 5 10 2 5
100 2 5 10
3
2 5 10
4
2 Q
5 10 20 50
[USgpm]
Frecuencia de formación de vórtices en gases

)
[Pulg]
)
)
¼
(6
)
(4
)
)
)
(½
DN
(2
(3
(1
(1
(1
(8
0
f [Hz]
0
[mm]
15
50
80
10
15
25
32
40
0
20
3
10
0)
(1
0
25
2)
5
(1
0
30
6)
(1
2
0
40
0)
(2
0
100
50
50
20
10 3
3 4
10 [m /h]
3 5 10 20 50 100 2 5 10 2 5 2
100 10
3
10
4 Q
2 5 10 20 50 2 5 2 5
[acfm]
Ejemplo:
Caudalímetro Vortex de DN 100, caudal (líquidos, gases) = 250 m3/h → frecuencia de formación
de vórtices = 78 Hz
419
Diagrama de Mollier (unidades del SI)
pabs [bar]
0
0
64
50
40
h [kJ/kg]
10
20
40
25
30
20
16
10
4
550 °
3.600
3
500 °
3.400 450 ° 2
400 °
3.200 350 ° 1
300 °
3.000 250 ° 0,5
200 °
2.800 150 ° 0,2
100 °
0,1
50 °C
2.600 5
0,0
χ = 0,9 2
5 0,0
2.400
1
0,0
χ=0
,90
2.200 χ= χ=0
0,80 ,85
6,2 6,5 7 7,5 8 8,4

s [kJ/kg °C]
Ejemplo:
Para un vapor a una presión absoluta de 1 bar y 150 °C sobrecalentado, su entalpía es 2.780 [kJ/kg]
y su entropía de 7,62 [kJ/kg ⋅ °C].
420
Diagrama de Mollier (unidades EE.UU.)

00
00
00
p [psia]
00
0
5.0
3.2
2.0
1.0
50
30
20
10
h [BTU/lb]
50
1.000 °F
1.500
800 °F
20
1.400
600 °F
10
1.300
86
400 °F
5
4
1.200 3
2
χ= 200 °F
0,98
χ=
0,9
6
χ= 1
0,9
4
1.100 χ=
0,9
χ= 2
0,9
0 0,5
χ=
0,8
χ= 8
0,8
6
1.000
1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2,0
s [BTU/lb °F]
Ejemplo:
Para un vapor a una presión absoluta de 10 psia y 300 °F sobrecalentado, su entalpía es 1.190 [BTU/
lb] y su entropía de 1,86 [BTU/lb ⋅ °F].
421
Velocidades del fluido en aplicaciones de vapor
pe [bar]
t [°C]
200
100
50
20
10
2
1
0
400 t [°F]
700
00
3.0
00
600
2.0
300
pe
00
[ps
ig] 500
1.0
0
50
200 400
0
20
300
0
10
50
100
0
200
-15
·
m [t/h] 00 0 0
5 20 10 50 20 10 5
/ h]
[lb 000 0 0 0
000 00 0 00 . 00 . 00 .00 0 2
0 0. 0. 0.
0 0. 44 22 11 40
1.1 44 22 11 4.
0 1
20
DN 2.
[m 5
m 0 0,
50 ][ 10
0 Pu 1.
40 lg
30
0 20 ]
0 16 , 2
0 0
20
0
12 44
15
0 8 , 1
0 0
10 6 22
0
80 5
4 .0
0,
3
50
110
2
02
25 0,
55
1
10
3/
8
[m/s]
v 500 200 100 50 20 10 5 2 1 0,5
2.000 1.000 500 200 100 50 20 10 5 2
[Pies/s]
Ejemplo:
La velocidad del fluido para un vapor a presión = 10 bar (relativos) y temp. T = 183 °C (es decir, un
vapor saturado) que circula a un ritmo de 5 t/h por una tubería de DN 100, es de v = 32 m/s.
422
Caudales de vapor saturado
)
30 (10)
)
)
)
pe
20
12
14
4)
6)
25 )
(1½
[Pulg]
8
(1)
(2)
(3)
(½
0(
0(
0(
0(
0(
0(
[psig] [bar] DN
0
25
40
50
50
15
80
10
15
[mm]
20
40
100
1.000
50
500
20
200
10
100
5
50
20
1
10
0,5
0,2
2
0,1
[kg/h] 20 3 4 5 6
50 100 2 5 10 2 5 10 2 5 10 2 5 10
m· 3 4 5 6
[lb/h] 50 100 2 5 10 2 5 10 2 5 10 2 5 10
Observación:
El nomograma anterior muestra los caudales de vapor saturado para una velocidad del fluido de v =
25 m/s.
Ejemplo:
Vapor a un caudal de 3.000 kg/h a 4 bar de presión medida → un diámetro nominal DN 100 a 150
es ideal para estas condiciones de proceso.
423
Número de Reynolds – velocidad del fluido – viscosidad
ν [mm2/s (cSt)] v
[Pies/s] [m/s]
1.000
200
500 50
100
200
Re 20
100 10
2 d
[Pulg] [mm] 50
2
1
50
5 2 10
3 1/8
10
2 5
20 1/4 20
3/8 10 5
5 1/2
3/4 20
10 10
4 ±1% v.p.e.
1
2 10
2 50
5 ±1% v.l.
5
100 2
5 5
10
200 5
2 10
2
5 20 500 1
6
1 10 1.000
50
2 2.000 2
100
0,5 0,5
5
7
10
2 1
0,2
5
0,2
0,1 108
0,5
Ejemplo:
Para una velocidad del fluido de v = 0,4 m/s, un diámetro nominal DN 150 y una viscosidad
cinemática de 10 mm2/s (cSt), el número de Reynolds es Re = 7.500.
424
Viscosidad cinemática – temperatura (líquidos)
ν [cSt]
1.000
500
200
100
Valor calentado-aceite
lubrificante para cilindros
de vapor recalentado
50
Azúcar - melazas
Pydraul-F-9
Silicona
20
Etil-alcohol Hidrocarburos clorados
10 Alquitrán pardo pesado

48 cSt
Aceite mineral para
5
Aceite fluido uso hidráulico
16 cSt
Metil-alcohol
N-octano
1 Gasóleo
N-heptano
N-hexano Fenol
0,5 N-pentano
Naftalina
0,2
Agua
0,1
[°C] -100 -50 0 50 100 150 200
t [°F] -100 0 100 200 300 400
Ejemplo:
La viscosidad cinemática de la silicona a 80 °C es 40 cSt (= 4 ⋅ 10–5 m2/s)
425
Viscosidad cinemática – temperatura (gases)
ν·p [cSt · Pa]

6
50·10
He
6
20·10
H2
6
10·10
6
5·10
6 H2O vapor
2·10
CO2
N2, O2, aire
C2H4
6
1·10
NH3
5
5·10
5
2·10
[°C] -50 0 50 100 150 200
t [°F] -60 0 100 200 300 400
Ejemplo:
La viscosidad cinemática (ν ⋅ p) del helio a 80 °C es de 16 [m2/s ⋅ Pa]. Para obtener la viscosidad
cinemática a una presión dada hay que multiplicar este valor “p” en [Pa]
(1 bar = 105 Pa = 105 Nm/m2).
426
Tabla de conversiones: viscosidad dinámica / cinemática
Viscosidad dinámica ( µ )
Viscosidad cinemática (ν) = ---------------------------------------------------------
Densidad ( ρ )
Observación:
Los ingenieros alemanes suelen emplear el símbolo “η” para denotar la viscosidad dinámica.
Viscosidad dinámica (µ, Viscosidad cinemática (ν)

η) en mm2/s (cSt)
Unidades para líquidos para gases / vapor
P ⋅ 100 P ⋅ 100.000
------------------- ---------------------------
P kg/dm
3
kg/m
3
cP cP ⋅ 100
cP ------------------- --------------------
3 3
kg/dm kg/m
Pas ⋅ 1000 Pas ⋅ 1.000.000

Pas ------------------------- -------------------------------------
3 3
kg/dm kg/m
mPas mPas ⋅ 1000

mPas ------------------- -----------------------------
3 3
kg/dm kg/m
2 2
Ns/m 1000
----------------------------- Ns/m ⋅ 1.000.000-
---------------------------------------------
Ns/m2
3 3
kg/dm kg/m
2 2
mNs/m mNs/m ⋅ 1000
mNs/m2 ---------------------- ---------------------------------------
3 3
kg/dm kg/m
Conversión de unidades para viscosidades dinámicas:

P = Poise
cP = Centipoise
Pas = Pa ⋅ s = Pascal segundo= Ns/m2
1P = 100 cP = 100 mPas = 100 mNs/m2
Ejemplo:
Hállese la viscosidad cinemática (ν) para una densidad de 0,98 kg/dm3 y una viscosidad dinámica
(µ, η) de 5 Poise.
5 ⋅ 100
5 Poise = ---------------- cSt = 510 cSt (mm2/s)
0,98
427
Propiedades físicas de algunos gases
Gas (fórmula química) Densidad (ρ) Viscosidad din (µ)

3 3
[kg/Nm ] [lbm/ft ] [cP] 1)
Acetileno C2H2 1,1717 0,07323 0,00935

Etano C2H6 1,3566 0,07987 0,00848
Etileno C2H4 1,2604 0,07391 0,00907
Amoníaco NH3 0,77142 0,0452 0,00918
Argón Ar 1,784 0,11135 0,02096
n-butano n-C4H10 2,732 0,15805 –
Cloro Cl2 3,214 0,2006 0,012
Helio He 0,17847 0,011143 0,0186
Dióxido de carbono CO2 1,9769 0,12342 0,0139
Monóx. de carbono CO 1,25 0,78065 0,0166
Kriptón Kr 3,744 0,2315 0,0232
Metano CH4 0,7168 0,042355 0,0102
Neón Ne 0,9 0,05621 0,0297
Aire atmosférico – 1,293 0,08072 0,017
Propano C3H8 2,0096 0,11806 0,0076
Oxígeno O2 1,42895 0,08921 0,0189
Dióxido sulfúrico SO2 2,9262 0,1826 0,01158
Nitrógeno N2 1,2505 0,078064 0,0167
Hidrógeno H2 0,08989 0,0056114 0,00835
Xenón Xe 5,896 0,365 0,02101
1)
Viscosidades a 20 °C (68 °F) y 1.032 mbar (15 psi)
428
Densidad y presión de algunos gases
ρ
[lb/cft] [kg/m3]
50
2
5 6
7
1 3 4
20 9
1
10
10 2
0,5 8
5
0,2
11
2
0,1
1
0,05
0.5
0,02
0.2
0,01
0.1
[bar] 0,02 0,05 0,1 0,2 0,5 1 2 5 10 20 30
pe 0.5 1 2 5 10 20 50 100 200
[psia]
1 Gas cloro 7 Acetileno

2 Butano 8 Amoníaco
3 Propano 9 Metano
4 Dióxido de carbono 10 Gas ciudad
5 Aire atmosférico 11 Hidrógeno
6 Nitrógeno
Ejemplo:
La densidad del acetileno (7) a 1,2 bar de presión absoluta y 0 °C, según el nomograma anterior, es
→ 1,3 kg/m3. Si la temperatura de trabajo T se desvía sensiblemente de 0 °Celsius, la densidad del
gas se calcula a partir de la expresión siguiente:
Luego, a 50°C, la densidad del acetileno es de:

273 3
ρ 50 = 1.3 ⋅ ---------------------- = 1,1 kg/m
273 + 50
429
Propiedades físicas del agua
Temperatura Densidad Presión de saturación Viscosidad (din./cin.)

[°C] [°F] 3
[kg/m ] [psia] [Pa] µ, η [Pas, cP] ν [cSt]
0 32,0 999,8 0,08858 610,7 1787 1,787

2 35,6 999,9 0,10235 705,6 1671 1,671
4 39,2 1.000,0 0,11794 813,1 1562 1,562
6 42,8 999,9 0,13561 934,9 1464 1,464
8 46,4 999,8 0,15557 1072,5 1376 1,375
10 50,0 999,7 0,17805 1227,5 1305 1,307
12 53,6 999,4 0,20336 1402,0 1226 1,227
14 57,2 999,2 0,23178 1597,9 1161 1,163
16 60,8 998,9 0,26362 1817,4 1104 1,106
18 64,4 998,5 0,29924 2063 1052 1,053
20 68,0 998,2 0,33899 2337 1002 1,004
22 71,6 997,7 0,38337 2643 955 0,957
24 75,2 997,2 0,43255 2982 911 0,914
26 78,8 996,6 0,48738 3360 872 0,875
28 82,4 996,1 0,54801 3778 834 0,837
30 86,0 995,7 0,61517 4241 797 0,801
32 89,6 994,9 0,68944 4753 764 0,768
34 93,2 994,2 0,77139 5318 741 0,745
36 96,8 993,4 0,86147 5939 700 0,705
38 100,4 992,8 0,96069 6623 680 0,685
40 104 992,2 1,06962 7374 653 0,658
45 113 990,2 1,38976 9581 598 0,604
50 122 988,0 1,78909 12334 548 0,554
55 131 985,7 2,28314 15740 505 0,512
60 140 983,2 2,88947 19920 467 0,475
65 149 980,6 3,62780 25010 434 0,443
70 158 977,8 4,51988 31160 404 0,413
75 167 974,8 5,61056 38550 378 0,388
80 176 971,8 6,86975 47360 355 0,365
85 185 968,6 8,38412 57800 334 0,345
90 194 965,3 10,16973 70110 315 0,326
95 203 961,8 12,26141 84530 298 0,310
100 212 958,4 14,69687 101320 282 0,295
150 302 916,9 69,04570 476000 186 0,205
200 392 864,6 225,5734 1555100 136 0,161
250 482 799,2 578,3302 3987000 109 0,140
300 572 712,4 1246,3039 8592000 89 0,132
430
Pérdidas de carga en tuberías rectas de DN 25 a 500 (1 a 20")

según Prandtl-Colebrook (k = 0,1, agua pura a 12 °C / 22 °F)
(4)
[Pulg]
(1)
(1 )
Hv [mWS/100 m]
(2)
(3)
[Pies col. agua/100 pies] DN
100
[mm]
25
40
50
80
100
[m
/s] v
[P
8 ( ies/
(6)
26 s]
50 ,2)
150
7
(23
)
6
(19
,7)
5
(16
20 ,4)
4
(13
(8)
3.5 ,2
(11 )
200
10 3
,5)
(9,
8)
2.5
(8,
2)
)
5
(10
2
(6,
250
6)
1.5
2 (4,
)
9)
(12
1.2
5
(4,
1) 300
1
1 (3,
3)
)
(14
0.8
(2,
350
6)
0,5 0.6
)
(16
(2)
0.5
400
(1,
)
(18
6)
0,2 0.4
450
(1,
3)
)
(20
0.3
(1)
500
0,1
0,05
0,02
0,01 Q
3
0,5 1 2 5 10 20 50 100 200 500 [m /h]
2 5 10 20 50 100 200 500 1.000 2.000 [USgal/min]
Ejemplo:
Un caudal de 9 m3/h bombeado en una tubería de DN 50 proporciona una velocidad al fluido de v
= 1,25 m/s y produce, 100 m más allá de la tubería, una pérdida de carga de Hv = 3,9 mWC
(= 0,39 bar). A partir del nomograma de la Página 435 (longitudes “equivalentes” de tubería), se
puede calcular la pérdida de carga de tramos enteros de tubería que incluyan válvulas y otros
accesorios.
431
Pérdidas de carga en tuberías rectas de DN 80 a 1.000 (3 a 40")

según Prandtl-Colebrook (k = 0,1, agua pura a 12 °C / 22 °F)
[MWS/100 m] [Pulg]
)
0
2
)
)
DN
(4
(6
(8
(1
(1
Hv [Pies col. Agua
)
(3
[mm]
0
0
/100 pies]
80
10
15
20
25
30
100 [m/ v
4)
s] [
(1
10 Pie
s/s]
0
(32
35
9 (2 ,8)
9,5
50
)
)
6
8 (2
(1
6,2
)
0
7 (2
40
3)
)
6 (1
8
(1
9,7
)
0
20
45
5 (1
6,4
)
0)
(2
4 (1
0
3 ,1)
50
10
3 (9
,8)
4)
(2
5
0
60
2 (6
,6
8)
)
(2
0
70
2 1,5
(4,9
)
2)
(3
0
1
80
6)
(3
0
90
0,5
0)
(4
0
00
1.
[m/ v
s] [
Pie
0,2 1 (3 s/s]
,3)
0,8
(2,6
0,1 )
0,6
(2)
0,05 0,5
(1,6
)
0,4
(1,3
)
0,02 0,3
(1)
0,01 Q
3
100 200 500 1.000 2.000 5.000 [m /h]
500 1.000 2 5 10.000 2 [USgal/min]
Ejemplo:
Un caudal de 360 m3/h bombeado en una tubería de DN 200 proporciona una velocidad al fluido
de v = 2,9 m/s y produce, 100 m más allá de la tubería, una pérdida de carga de Hv = 4,5 mWC
(= 0,45 bar). A partir del nomograma de la Página 435 (longitudes “equivalentes” de tubería), se
puede calcular la pérdida de carga de tramos enteros de tubería que incluyan válvulas y otros
accesorios.
432
Factores de corrección de los valores de rugosidad de las tuberías(k ≠ 0,1mm)
f
k [mm]
2,8
2,6
3
2,4
2,2
2
2,0
1,8
1
1,6
1,4
0,25
1,2
0,1
1,0
0,05
k = 0,01; v = 1 [m/s] = 3 [pies/s]

k = 0,01; v = 3 [m/s] = 10 [pies/s]
0,8
k = 0,01; v = 7 [m/s] = 23 [pies/s]
0,6
[mm] 25 50 100 200 500 1.000 2.000
DN 1 2 5 10 20 50 80
[Pulg]
Ejemplo:
Supongamos que Hv es 4,5 mWC a k = 0,1 (según el nomograma de Prandtl-Colebrook):
Para k = 0,05 y DN 200, el factor de corrección es f = 0,92 → Entonces, la nueva pérdida de carga
es Hv = 4,5 mWC ⋅ 0,92 = 4,1 mWC.
433
Valores de la rugosidad (k) para algunos materiales y tipos de tubería
Material y tipo de tubería Condición del revestimiento k [mm]
Tuberías de hierro colado nuevas – revestimiento de betún 0,1 – 0,15

– sin betún 0,25 – 0,15
– revestimiento de cemento 0,025
Tuberías de hierro colado usadas – oxidación uniforme 1 – 1,5

– capa ligera o gruesa de incrustaciones 1,5 – 3
tras varios años de funcionamiento
– limpio 1,5
Tuberías de acero nuevas sin junturas laminados o estirados 0,02 – 0,05
Tuberías de acero nuevas soldadas – 0,04 – 0,1

longitudinalmente
Tuberías de acero nuevas con – revestimiento de cinc 0,1 – 0,15

revestimiento – revestimiento de betún 0,05
– revestimiento de cemento 0,025
– galvanizado 2–4
Tuberías de acero usadas – capa ligera de incrustaciones 0,15 – 0,4

– capa moderada de incrustaciones 1,5
– capa gruesa de incrustaciones 2–4
Tuberías de hormigón nuevas – acabado normal suave 0,3 – 0,8

– acabado normal semisuave 1–2
– acabado normal rugoso 2–3
Tuberías de hormigón usadas tras varios años de funcionamiento 0,2 – 0,3

con agua
Tuberías de cerámica vitrificada, – 0,25

tuberías de hormigón centrifugado
Tuberías estiradas y prensadas, – nuevo hasta 0,01

de cobre, latón, aluminio, vidrio o – usado hasta 0,03
plástico
434
Longitudes de tubería equivalentes para diversas válvulas y accesorios
L/D
500
L
[Pies] [m]
1000
30°
2.000
500 DN
1.000 [Pulg] [mm]
3.000
200 100
200
500
r/D=1 2.000
100
r h/D 200 50
50
D 1/4 1.000
1/2 D 100
h
100 3/4
20
1 50 20 500
10
20
5 10
d/10 10 200
d/D d
2 5
5
0,2
d D
100
0,1 1
0,5 d/D 2
0,8 0,2 0,5
0,1
2 50
D d 1
0,5
0,2
0,8 0,5 1
D
r/D
20 90° 0,1 20
10
5; 1
0,2
r
4
D 10
3; 2 D 0,1 10
45°
r/D=1
r
D
5
Ejemplo:
Reductor con una transición brusca de D = 160 mm a d = 80 mm → d/D = 1:2 → la longitud de
tubería equivalente es L = 1,6 m (es decir, la pérdida de carga del reductor es la misma que tendría
una tubería recta de DN 80 y 1,6 metros de longitud). Esta información se puede emplear junto con
los nomogramas de Prandtl-Colebrook para calcular las pérdidas de carga de tramos enteros de
tuberías. Fuente: principalmente Crane, Informe técnico Nº 410, 1991, (NY, EE.UU.)
435
Velocidad del fluido económica
v
[Pies/s] [m/s]
100
200
50
psi)
/15
1 bar
(p >
sión Gas y vapor
100 pre
Alta
20
50
psi)
/15
bar
10 =1
sió n (p
pre
Baja
20
5
cSt)
2
/s /
mm
ν=1
ad (
10 osid Líquidos
visc
Baja
2
5
2 s/ cSt)
m/
1 0m
=10
a d (ν
osid
visc
Alta
2
0,5
0,2
0,5
0,1
[mm] 10 20 50 100 200 500 1.000
DN 0.5 1 2 5 10 20 40
[Pulg]
Ejemplos:
Para líquidos de viscosidad ν = 10–6 m2/s (= 1 cSt) y un diámetro nominal de tubería de DN 150, la
velocidad ideal del fluido es v = 3,4 m/s. Para gases a presión p = 1 bar que circulan por una tubería
de diámetro nominal DN 150, la velocidad ideal del fluido es v = 13,5 m/s.
Fuente: W. Wagner (2001)
436
Lista de resistencia a la corrosión para algunos materiales

Un factor importante para la selección de un caudalímetro es el hecho de que los materiales que
vayan a estar en contacto con el fluido sean químicamente resistentes a dicho fluido. Esto implica,
por ejemplo, bridas, tubos, electrodos, rotores, juntas, revestimientos, etc. La mayoría de operarios
de planta están familiarizados con los detalles de sus procesos y, asimismo, al corriente de los niveles
de resistencia que presentan los diversos materiales. Esta lista pretende ser, pues, una aproximación
con finalidades meramente aclaratorias; sin embargo, en el análisis final de la aplicación, esta lista
jamás debe sustituir las listas de resistencia de materiales apropiadas suministradas por los fabricantes
y por otras fuentes de información sobre la resistencia de los materiales a la corrosión.
¡Atención!
• Aunque los datos citados en esta lista de resistencia de materiales se han extraído del programa
“Applicator” de E+H y compilado con gran meticulosidad, la tabla puede no ser apta o correcta en
relación con las últimas tecnologías en revestimientos y materiales. Endress+Hauser no puede
considerarse responsable del resultado de su uso ni de las implicaciones derivadas. En
consecuencia, Endress+Hauser rechazará aceptar cualquier responsabilidad cualesquiera que sean
el perjuicio y daño consiguientes.
• La resistencia a la corrosión de materiales metálicos depende de las propiedades químico-físicas
del fluido y de su temperatura. Los datos en esta lista son válidos para una temperatura de
referencia de 20 °C (68°F). Consúltense en otras fuentes y bases de datos de información los
detalles relacionados con la aplicabilidad a otras temperaturas y otros campos de valores de
temperatura.
• Si se presentan problemas de aplicabilidad, le recomendamos contactar con alguna de las
organizaciones de servicio internacionales de Endress+Hauser.
¡Llámenos o visite nuestra página en Internet (www.endress.com)!
Leyenda para la lista de resistencia de materiales (a 20°C / 68°F)

Metales Plásticos
≤ 0,05 mm/año ≤ 15 Vol.% dilatac./año
+ resistente
≤ 0,002 pulgadas/año ≤ 15% pérdida de resist./año
resistente con ≤ 0,5 mm/año ≤ 30 Vol.% dilatación/año
o
condiciones ≤ 0,02 pulgadas/año ≤ 30% pérdida de resist./año
– no resistente – –
Casillas en blanco = resistencia desconocida
Temperaturas máximas del fluido (revestimientos, juntas, conexiones a proceso)
PTFE 130°C (266°F) Goma natural 60°C (140°F) Silicona 200°C (392°F)
PFA 180°C (356°F) EPDM 160°C (320°F) PVDF 140°C (284°F)
PU 70°C (158°F) Vitón 200°C (392°F) PVC 60°C (140°F)
Goma dura 80°C (176°F) Kalrez 210°C (410°F)
437
+ resistente Metales Plásticos

o resistente con condiciones
– no resistente
Platino/Rodio 80/20
Hast. C, Alloy C-22
1.4404/316L
1.4539/904L
Goma natural
1.4301/304
Goma dura
Circonio
Tantalio
Silicona
Titanio
EPDM
Kalrez
PVDF
Vitón
PTFE
PVC
PFA
PU
Fluido (a 20 °C / 68°F)
Aceite de maíz / Aceite vegetal + + + + + + + + + + + o + + + + o
Aceite vegetal / Aceite de palma + + + + + + + + + o – + + + –
Acetaldehído 100% /
+ + + + + + + + + + – o o + – + o – –
Etanal 100%
Acetona / Dimetilcetona + + + + + + + + + – o + + – + – + –
Ácido acético 1,5% desaireado – o + + + – + + + + – + o + – + – + o
Ácido acético 10-50% aireado + + + + + + + + + + – + o + – + – + o
Ácido acético 10% desaireado + + + + + + + + + + – + o + – + – + o
Ácido acético 20% + + + + + + + + – + o + o + – + – + o
Ácido acético 30% + + + + + + + + – + – + o + – + – + o
Ácido acético 5% + + + + + + + + + + – + o + – + + o +
Ácido arsénico 10% + + o o + + + + + + – o o + + + + o
Ácido arsénico 100% + + o o + + + + + – o + + + + o
Ácido arsénico 40% o o o o + + + + + – o + + + + o
Ácido bencenosulfónico 100% + + o + + o + + + – + + + – + +
Ácido benzoico <50% o o + o + + + + + + – + o + + o + +
Ácido bórico 10% + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
Ácido bórico 50% + + + + + + + + + + + + + + + + +
Ácido butírico 100% + + + + + + + + + + – o – o – o – + o
Ácido ciánhídrico 10% /
+ + + – + o + + + – o o + + + – + +
Cianuro de hidrógeno 10%
Ácido cítrico 50% + + + + + + + + + + + + + + + + + +
Ácido cloroacético 100% o + + – + + + + + – + o – + – + o
Ácido cloroacético acid 50% o o o + + + + + – – – o – + – + o
Ácido clorosulfónico 80-100% o o + + – + + + + – – – – + – – +
Ácido crómico 10% o – o + + + + + + – + + + – + –
Ácido crómico 50% o o o – + + + + + – + – o + – – –
Ácido esteárico 27% o + + + + + + + + o o o + + + + +
Ácido fluorhídrico < 40% – – + + – – + – + – – o + + – + +
Ácido fórmico 1% + + + + – + + o + – + + o + – + –
438

– no resistente
Platino/Rodio 80/20
Hast. C, Alloy C-22
1.4404/316L
1.4539/904L
Goma natural
1.4301/304
Goma dura
Circonio
Tantalio
Silicona
Titanio
EPDM
Kalrez
PVDF
Vitón
PTFE
PVC
PFA
PU
Fluido (a 20 °C / 68°F)
Ácido fórmico 10% + + + + + + + + + + – + + + o + – + –
Ácido fórmico 50% + + + + + + + + – + – + + + o + – + –
Ácido fórmico 80% + + + + + + + + + – – + + o + – + –
Ácido fosfórico <10%
o + + + o + + – + + + o + + + – – o
(desaireado)
Ácido fosfórico <10%
+ + + + o + + + – + + o o + + + – + o
aireado
Ácido fosfórico 80% + + + + o o + + – + – + – + + + – – –
Ácido graso + + + + o + + + o – – + + – + +
Ácido hidroclórico (gas) – – + + + + – + – + + – + +
Ácido hidroclórico 1% – + + + o + + – + – + + + + + o + +
Ácido hidroclórico 1,5% – – + + o + + + + o + + + + + o + o
Ácido hidroclórico 10% – – + – + o + + – + – + + + + + o + o
Ácido hidroclórico 25% – – o – + – + + – + – + + + + + – + o
Ácido hidroclórico 5% – – + – + – + + – + o + + + + + o + o
Ácido láctico 10% + + o + + + + + + + o + + + – + + + +
Ácido málico 20% + + o + + + + + o + + + + o + +
Ácido monocloroacético + + + + + + + – – – o + – + o
Ácido nítrico 1,5% /
+ + + + + + + + – + – + – + – + – + +
Ácido azoico 1,5%
Ácido nítrico 10% /
+ + + + + + + + – + o + – + – + – + +
Ácido azoico 10%
+ + + + + + + + + – + – + – + – + +
Ácido azoico 20%
+ + + + + o + + – + – + – + – + – + +
Ácido azoico 30%
+ + + + + o + + – + – – – – + – + +
Ácido azoico 60%
Ácido propiónico 50% + + + + – + + – + – + + + + + + + o
Ácido sulfónico + + + + + – +
Ácido sulfúrico 0,5% – + + – o + + + + – + o + + + – + +
Ácido sulfúrico 10% – o o + o – + + + – + + + + + – + +
439

– no resistente
Platino/Rodio 80/20
Hast. C, Alloy C-22
1.4404/316L
1.4539/904L
Goma natural
1.4301/304
Goma dura
Circonio
Tantalio
Silicona
Titanio
EPDM
Kalrez
PVDF
Vitón
PTFE
PVC
PFA
PU
Fluido (a 20 °C / 68°F)
Ácido sulfúrico 20% – + + + o – + + + – + + + + + – + +
Ácido sulfúrico 30% – – + o o – + + + – + + + + + – + +
Ácido sulfúrico 40% – – + + o – + + – + – + – + + + – + +
Ácido sulfúrico 90% o + o + – – + + – + – + – + + + – + –
Ácido tánico 10% /
+ + + + + + + + – + + + + + + + o o +
Tanino 10%
Ácido tánico 50% /
+ + + + + + + + – + + + + + + o +
Tanino 50%
Ácido úrico / Urea + o o o + + + – + o + + + + + + +
Agua (potable) + + + + + + + + + + + + o + + + + +
Agua desionizada + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
Agua pura + + + + + + + + + + + + + + + + +
Agua regia /
– – – – + – + + – o o – + – + –
Ácido nitrohidroclórico
Aguas residuales domésticas + + + + + + + + + + o + + + o + +
Aguas residuales industriales o o o o + o + + – o o o o o o o o o
Aire + + + + + + + + + + + o + + + + + +
Alumbre 10% + + – + + + + + – + + + – + –
Amoníaco (gas) + + + + + + – + – o + + – + + + o
Amoníaco 100% + + + + – + + – + o + + + – – – + o
Anhídrido acético 99-100% o o + + + + + + o + + + – + – o o
Anilina /
+ + + + + + + + + + – + – + + + o + –
Aminobenceno 100%
Argón (gas) + + + + + + + + + + + + + + o + +
Azúcar líquido 10% + + + + + + + + – + – + + + + + + + +
Azúcar líquido 20% – – + + + + + – + – + + + + + + + o
Azúcar líquido 30% o o + + + + + – + – + + + + + + + o
Benceno + + o + + + + + + – – – – o + – + –
Bicarbonato sódico 10% + + o + + + + + – + + + + + o + + + +
Bisulfito cálcico + + + + + + + + + + o + + o + + + +
Bisulfito sódico 10% + + o + + + + + + + + + + + + + +
440

– no resistente
Platino/Rodio 80/20
Hast. C, Alloy C-22
1.4404/316L
1.4539/904L
Goma natural
1.4301/304
Goma dura
Circonio
Tantalio
Silicona
Titanio
EPDM
Kalrez
PVDF
Vitón
PTFE
PVC
PFA
PU
Fluido (a 20 °C / 68°F)
Bromo húmedo 100% – – + – + + – + + – – – o o + – + o
Bromo seco 100% – – + – + – + + – – – + + – + –
Bromuro amónico 10% + + – + + + + + + – +
Bromuro de hidrógeno (gas) + + + – + + + + – – o + + + – + +
Butadieno 1,3 100% + + + + + + + + + – – – o + – + –
Butano (gas) + + + + + + + + + o – + + – + o
Butil acetato 100% o + + + + + + + o – + o – + – + –
Butilalcohol / Butanol + + + + + + + + + – + + + + + o + +
Carbonato amónico 30% + + + + + + + + + + + + + + + o + +
Carbonato sódico 20% + + + + + + + + – + o + + + – + + + +
Carbonato sódico 50% + + + + + + + – + o + + + – + + + +
Cerveza + + + + + + + o + + + + + + + +
Chocolate + + + + + + + + + + – + + + + +
Cianuro potásico 10% + o o + + + + + + + – + + + + + + +
Cloral 100% + + + – – +
Clorato sódico 40% o + + + + + + + + o + + + + + – + +
Clorato sódico 5% o + + + + + + + + + o + + + + + – + +
Cloruro amónico 20% / Sal de
+ o + + + + + + + + + + + + + o + +
amonio 20%
Cloruro de aluminio 10% – – + – + + + + + + o + + + + + o + +
Cloruro de aluminio 25% – – + – + + + + + o o + + + o o + o
Cloruro de bario 20% o o + + + + + + + + + + + + + + + +
Cloruro de cobre (2) 20% – – – – + – + + + o + o + + + + + +
Cloruro de cobre (2) 50% – – o – + – + o o o o + + + + + +
Cloruro de hierro (3) 30% – – o – – + – + – + – + + + + + o + +
Cloruro de hierro (3) 40% – – – – – + – + – + – + + + + + o + +
Cloruro de manganeso 20% o o o + + + o + + + o + o – + + – +
Cloruro de metileno 80-100%
+ + + + + + – + – – – o + – o –
Diclorometano 80-100%
Cloruro magnésico 20% o o + + + + + + + + + + + + + + +
441

– no resistente
Platino/Rodio 80/20
Hast. C, Alloy C-22
1.4404/316L
1.4539/904L
Goma natural
1.4301/304
Goma dura
Circonio
Tantalio
Silicona
Titanio
EPDM
Kalrez
PVDF
Vitón
PTFE
PVC
PFA
PU
Fluido (a 20 °C / 68°F)
Cloruro potásico 10% – + + + + + + + + + + + + + + + + +
Dicloroetileno 100% /
+ + + + + + + + + – – – – o + – + –
Cloruro de vinilideno
Dicloropropano 1,2 + + + + + + + – + o
Dicloruro etileno (húmedo) + + o + + + + + – o o + o + – + –
Difenil 100% /
+ + + + + + + + – – – + –
Fenilbenceno
Dimetilanilina /
+ + + + + + – o + + – + –
Dietilanilina
Dioxano / Dietilendióxido + + + + + + + + – – – o – + – o –
Dióxido de carbono (gas) + + + + + + + + o o + o + + o + +
Dióxido de carbono (líquido) + + + + + + – + + o + – + +
Disulfuro de carbono + + o + + + + + + + – – – + + – + –
Etanol / Etil alcohol + + + + + + + + + + – + + + – + o + +
Éter / Dietil éter + + o + + + + + o – – – + – + –
Etil acetato /
+ + + + + + + + – – – + – + o + –
Ester acético 90-100%
Etil cloruro /
+ + + + + + + + o o – + + + – + –
Cloroetano 100%
Etilenglicol /
+ + + + + + + + + o + + + + + + +
Dihidroxietano 100%
Etileno + + + + + + + + + o o – + – –
Etilenóxido + + + + + + + + – o + – + + – +
Extracto de malta + + + – – – + – –
Fluoruro amónico 20% – + + – – – + – + + + + + o + –
Formaldehído 20% /
+ + o + + + + + + + o o – + – + o + o
Aldehído fórmico 20%
Fosgeno /
o o + – + + + + o o + – o + – – –
Oxicloruro de carbono
Furfural / Furfuril alcohol + + + + o + + + + + – – o – + – o –
Gas cloro (seco) + o + + – + + + + – o o + – + o
Gasolina + + + + + + + + + o – – o + + – + –
442

– no resistente
Platino/Rodio 80/20
Hast. C, Alloy C-22
1.4404/316L
1.4539/904L
Goma natural
1.4301/304
Goma dura
Circonio
Tantalio
Silicona
Titanio
EPDM
Kalrez
PVDF
Vitón
PTFE
PVC
PFA
PU
Fluido (a 20 °C / 68°F)
Glicerina / Glicerol + + + + + + + + + + o + + + + + + + +
Grasa animal + + + + + + + + o + + + + + o + +
Helio (gas) + + + + + + + + + + + + + + + + + +
Hexano + + + + + + + + + o + – + + – + +
Hidracina <50% + + – + + + + + + – + – + o + –
Hidrógeno (gas) + + + + + + + + + + o + + + – + +
Hidróxido de amonio /
+ + + + + + + – + + + – + – + – + +
Amoníaco cáustico
Hidróxido de bario 10% /
+ o o + + + + + + + + + + + + + + +
Barita cáustica 10%
Hidróxido de calcio + agua /
– o + + + + + + – + + + + + + +
Lechada de cal
Hidróxido de sodio 10%
+ + + + + + + + – + – + + + – + + o +
(Sosa cáustica 10%)
+ + o + + + + + – + o + + + – + + + +
(Sosa cáustica 2%)
+ + o + + + + – + o + + + – + + + +
+ + + + + + + + + o + + + – + + + +
+ + + – + + + – + o + + + – + + + +
+ + o + + + + + – + o + + + – + + + +
(Sosa cáustica 5%)
Hidróxido potásico 10%
+ + + + + + + + + + o o o + – + – + +
(potasa cáustica 10%)
+ + + + + + + + + o o o + – + – + +
+ + + + + + + + + + – o o + – + – + +
+ + + + + + + + + – – o + – + – + +
+ + + + + + + + + o – – o + – + – + +
443

– no resistente
Platino/Rodio 80/20
Hast. C, Alloy C-22
1.4404/316L
1.4539/904L
Goma natural
1.4301/304
Goma dura
Circonio
Tantalio
Silicona
Titanio
EPDM
Kalrez
PVDF
Vitón
PTFE
PVC
PFA
PU
Fluido (a 20 °C / 68°F)
Hipoclorito sódico 15% – o o + – + + + – + – – – + – – –
Isobutanol / Isobutilalcohol + + + + + + + + + – + + + + + + + o
Isopropanol /
+ + + + + + + + + + – + + + + + + + +
Isopropil alchohol
Jarabe de glucosa R43 + + + + + + + – + – + + + + + + + +
Lechada de cal o o + + + + + + + + + – + + o + +
Leche + + + + + + + + + o + + + + + + + +
Lodo de mena de cobre + + –
Melazas / Meladuras + + + + + + + + + + o + + + + + + + +
Metano (gas) / Gas natural + + + + + + + + + o – – – + + o + +
Metil alcohol / Metanol + + + + o + + – + o – + + – + + + +
Metiletilcetona + + + + + + – – – + – + – – –
Monoclorobenceno 100% o + – + + + + + + – – – – + + – + –
Naftaleno / Naftalina + + + + + + + + + + + – – o + – – –
Nitrato cálcico 10% + + + + + + + + + + + + + + + o + +
Nitrato de amonio 20% /
+ + + + + – + + + o + + + + + + + +
Fertilizante 20%
Nitrato de amonio 50% /
+ + o + + o + + + o + + + o + o + +
Fertilizante 50%
Nitrato de hierro (3) 30% + + + + + + + + o + + + + + – + +
Nitrato potásico 25% + + + + + + o + + + + + + + + + + + +
Nitrato potásico 50% + + + + + + + + + + + + + + + + + +
Nitrato sódico 50% + + o + + + + + – + o + o + o + – + +
Nitrito sódico 30% o + + + + + + – + – + o + o + o + +
Nitrobenceno /
+ + o + + + + + + – – – + – + – + –
Aceite de Mirbana
Nitrógeno (gas) + + + + + + + + + + + + + + + + +
Nitrógeno (líquido) + + + + + + + + + + + + + + + +
Óleum 25% /
+ o o + – – + + – + – – + + – – –
Ácido sulfúrico fumante 25%
Oxígeno (gas) + + + + + + + + + + o + + + + +
444

– no resistente
Platino/Rodio 80/20
Hast. C, Alloy C-22
1.4404/316L
1.4539/904L
Goma natural
1.4301/304
Goma dura
Circonio
Tantalio
Silicona
Titanio
EPDM
Kalrez
PVDF
Vitón
PTFE
PVC
PFA
PU
Fluido (a 20 °C / 68°F)
Oxígeno (líquido) + + + + o + + + – + o + + – + +
O-Xilol /
+ + + + + + + – – – – + – + –
1,2 Dimetilbenceno
Permanganato potásico <20% + + + + + + + + + – – + + + + – + +
Peróxido de hidrógeno 20% + + + o + o + + + + o + + o + + + + +
Peróxido de hidrógeno 70% o + + + – + + + o + – – + + o + +
Peróxido sódico 10% + + o + + – + – – + – o o + + + – + o
Propano (gas) + + + + + + + + + + o + + + – + +
Propano (líquido) + + + + + + + + + + +
Propeno / Propileno + + + + + + + + + + – – + + – + o
Queroseno (JP4) + + + + + + + + o – + + – + +
Resina natural / Colofonia o + + + + + + + – + + + –
Salmuera 13,6% o o + + + + + + o + + + + + + + +
Salmuera 23,1% o o + + + + + + o + + + + + + + +
Salmuera 7% – o + o + + + + – + + + + + + + +
Silano 6,9-70% + o – + –
Silano M3 2 -6,4% + o – + –
Silano M3 4 -9% + o – + –
Silano M3 6 -55% + o – + –
Silano M3 8 --20% + o – + –
Sulfato cálcico -10% /
+ o o + + + + + + o + – + + + + + +
yeso 10-%
Sulfato cálcico 1-5% /
o o o + + + + + o + – + + + + +
yeso 1-5%
Sulfato de manganeso < 50% + + + + + + + + + + + + o o + + – + +
Sulfato de aluminio 10% + + + + + + + + + + – + + + + + + + +
Sulfato de aluminio 100% o o o – + + + + o + – + + + + + +
Sulfato de amonio 60% /
– – o + + + + + + + + + + + + + o
Fertilizante 60%
Sulfato de cobre 5% /
+ + + + + + + + + o + + + + + + + +
Vitriolo de cobre 5%
445

– no resistente
Platino/Rodio 80/20
Hast. C, Alloy C-22
1.4404/316L
1.4539/904L
Goma natural
1.4301/304
Goma dura
Circonio
Tantalio
Silicona
Titanio
EPDM
Kalrez
PVDF
Vitón
PTFE
PVC
PFA
PU
Fluido (a 20 °C / 68°F)
Sulfato de hierro (2) 10% /
+ + + + + + + + – + o + + + + + o + +
Vitriolo verde 10%
Sulfato ferroso 10% /
+ + + + + + + + + o + + + + + + + +
Sulfato férrico (3)
Sulfato magnésico 25% + + + o + + + + + o + o + + + + + +
Sulfato potásico 10% + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
Sulfuro o + o + + + + + – + + + + + + +
Tolueno / Metilbenceno + + + + + + + + + – – – + + – + –
Vapor saturado + + + + – + + + + + + + + + + + +
Vapor supercalentado + + + + – + + + + o – – o o – + –
446
Flow-es-References.fm Page 447 Monday, January 3, 2011 9:41 AM
12
Bibliografía
12. Bibliografía E+H Medición de caudal
BAKER, R.C. (2000):

Flow Measurement Handbook. Cambridge University Press, R.U.
BATTYE, J.S. y DANEN, G.W. – Ed. (1985):

Shell Flow Meter Engineering Handbook. McGraw-Hill, Londres, R.U.
BENARD, C.J. (1988):

Handbook of Fluid Flowmetering. Trade and Technical Press, R.U.
BOHL, W. (2002):
Technische Strömungslehre. Vogel-Fachbuch / serie Kamprath, 12ª edición,
Würzburg, Alemania
BS EN 7405 (1991):
Guía para la selección y aplicación de caudalímetros para la medición de caudales fluidos en
conductos cerrados. British Standards, R.U.
BUNDESAMT für Umweltschutz / Landeshydrologie – Ed. (1982):

Handbuch für die Abflussmessung. Mitteilungen nº 4, Berna, Suiza
DIECK, R.H. (1992):

Measurement Uncertainty – Methods and Applications. ISA Carolina del Norte, EE.UU.
ENDRESS+HAUSER – Ed. (1992):

Wastewater. Measurement and Automation. 1ª edición, Reinach, Suiza

Kommunikation für die Verfahrenstechnik. Messtechnik intelligent vernetzt.
1ª edición, Weil am Rhein, Alemania

Food and Beverages. Measurement and Automation. 1ª edición, Reinach, Suiza
FINKELSTEIN, L. y GRATTAN, K.T.V. – Ed. (1994):

Encyclopaedia of Measurement and Instrumentation. Pergamon Press, Oxford, R.U.
FOGIEL, M. (1983):
The Fluid Mechanics and Fluid Dynamics Problem Solver. REA, Nueva York, EE.UU.
FURNESS, R.A. (1990):

Fluid Flow Measurement. Longman Book Company, R.U.
GARBRECHT, G. (1985):
Wasser – Vorrat, Bedarf und Nutzung in Geschichte und Gegenwart. Colección “Kulturgeschichte
der Naturwissenschaften und der Technik” / Deutsches Museum. Rowohlt, Hamburgo, Alemania
448
E+H Medición de caudal 12. Bibliografía
GOLDSTEIN, R.J. (1983):

Fluid Mechanics Measurements. Springer-Verlag, Berlín, Alemania
HAGER, W.H. (1994):

Abwasserhydraulik. Theorie und Praxis. Springer Verlag, Berlín/Heidelberg, Alemania
HERZOG, M., VAN KASTEREN, R., SALUSBURY, J. (2002):

Establishing a Balanced Maintenance Strategy for Field Instrumentation.
En: atp – Automatisierungstechnische Praxis, 44 (2002), cuaderno 11, pág. 38–45
KAYE, G.W.C. y LABY, T.H. (1973):

Tables of Physical and Chemical Constants. Longman Book Company, R.U.
MILLER, R.W. (1998):

Flow Measurement Engineering Handbook. McGraw-Hill, Nueva York, EE.UU.
RÖSSERT, R. (1994):
Hydraulik im Wasserbau. R. Oldenburg Verlag, Munich/Viena
SCHRÜFER, E. (1992):
VDI-Lexikon Mess- und Automatisierungstechnik. Springer Verlag, Berlín/Heidelberg, Alemania
SPITZER, D.W. – Ed. (2001):

Flow Measurement – Practical Guide for Measurement and Control.
ISA Carolina del Norte, EE.UU.
STROHMANN, G. (1991):
Messtechnik im Chemiebetrieb – eine Einführung.
6ª edición, R. Oldenburg Verlag, Munich/Viena
THÜRLEMANN, B. (1941):
Methode zur elektrischen Geschwindigkeitsmessung von Flüssigkeiten.
Helvetica Physica Acta, vol. XIV. Disertación univ. Friburgo. Birkhäuser, Suiza
VETTER, G. – Ed. (2001):

Handbuch Dosieren. 2ª edición, Vulkan-Verlag, Essen, Alemania
WAGNER, W. (2001):
Strömung und Druckverlust. Vogel-Fachbuch / serie Kamprath, 5ª edición, Würzburg, Alemania
449
12. Bibliografía E+H Medición de caudal
Marcas registradas
® ® ®
KALREZ , VITON , TEFLON
Marca registrada de E.I. Du Pont de Nemours & Co., Wilmington, EE.UU.
®
TRI-CLAMP
Marca registrada de Ladish & Co., Inc., Kenosha, EE.UU.
FOUNDATIONTM Fieldbus
Marca registrada de Fieldbus FOUNDATION, Austin, EE.UU.
®
HART
Marca registrada de HART Communication Foundation, Austin, EE.UU.
®
PROFIBUS
Marca registrada de PROFIBUS Nutzerorganisation e.V., Karlsruhe, Alemania
® ® ®
Fieldtool , Fieldcheck , Applicator , Sistema de equilibrio por torsiónTM, TMBTM
Marcas registradas o en proceso de registro de Endress+Hauser Flowtec AG,
Reinach, C.H.
450
Flow-esIX.fm Page 451 M onday, January 3, 2011 9:41 AM
13
Índice
Flow-esIX.fm Page 452 Monday, January 3, 2011 9:41 AM
13. Índice E+H Medición de caudal
A Calibración in situ 407

A prueba de explosiones (Ex) 349 Caudalímetros de gas 402
A prueba de fuego (Ex) 349 Costes 306
Abrasión 300 Estándar nacional 404
Abrasividad 35 Incertidumbre de la medición 406
Accesibilidad 276 Instalaciones para la calibración 399
Acondicionadores 270 Método del maestro-esclavo 401
Acondicionadores/enderezadores de Método gravimétrico 400
caudal 270 Método volumétrico 400
Acreditación (calibración) 402 Métodos de calibración 400
ADCP Normas estándares 328, 403
véase Determinación del... acústico Proceso de calibración 399
Agenda de mantenimiento 289 Recalibrado, periódico 220
Agua, propiedades físicas 430 Trazabilidad 404
Altura hidrostática (nivel del agua) 158 Verificación en campo 409
Altura hidrostática de descarga (esclusa) 164 Calibración a pie de instalación 407
Análisis de correlaciones cruzadas 182 Cámara de medición (contadores PD) 78
Análisis de mantenimiento 283 Cámara de vapor 64
Anemómetro térmico (principio térmico) 149 Campo de medida 40
ANSI 374 Canal de Venturi 161
Apantallamiento de cables 276 Canales abiertos 158
Apantallamiento, eléctrico 276 Canales abiertos (dinámica del flujo) 46
API, grados (función de densidad) 247 Canalizo Khafagi-Venturi 162
Aplicación, definición 295 Canalizo Palmer-Bowlus 162
Aplicaciones de dosificación 204 Canalizo Parshall 162, 314
Aplicaciones de llenado y embotellado 204 Canalizos 161
Aplicaciones de procesamiento por lotes 204 Capacidad calorífica, coeficiente de 35
Aplicaciones farmacéuticas 233 Capas límite 32
Applicator (software de diseño de Características de ejecución de los
especificaciones) 320 caudalímetros 413
ASA 374 Categorías de dispositivos (Ex) 346
ASTM 374 Caudal característico, bombas 215
Automatización 380 Caudal de dos componentes 44
AWWA 374 Caudal de superficie libre (en tuberías) 168
Caudal en un codo de tubería 264
B Caudal másico de un gas 38
Baumé, grados (función de densidad) 247 Caudal pulsante 261
Bernoulli, Daniel 12 Caudales pulsantes 212, 215
Bombas, caudales pulsantes 212, 215 Caudalímetros a 2 hilos 102, 120
Boquillas 61 Caudalímetros a dos hilos 102, 120
Brix, grados (función de densidad) 246 Caudalímetros de inducción magnética 110
BSI 374 Caudalímetros de presión diferencial 53
Caudalímetros de sección variable 72
C
Caudalímetros electromagnéticos 110
Calibración
Caudalímetros másicos térmicos 149
Acreditación 402
Caudalímetros ultrasónicos 127
Algunos comentarios introductorios 398
Caudalímetros volumétricos 78
452
E+H Medición de caudal 13. Índice
Caudalímetros, una comparación 413 Coste de tenencia en propiedad 306

Cavitación 44 Incertidumbre en la medición 304
CFR, 21 CFR 373 Instalación 304
Cintas de pesado 185 Mantenimiento 306
Circuito de limpieza de electrodos (CLE) 238 Piezas de repuesto 306
Clases de entornos 224 Precio de adquisición 304
Clases según temperatura (zonas Ex) 356 Cuerpo sólido (contador de vórtices) 100
Clasificación, caudalímetros 52
CLE (circuito de limpieza de electrodos) 238 D
Codo de tubería, caudal 264 Densidad 34
Coeficiente de expansión 55 Densidad del fluido 34
Coeficiente de velocidad de aproximación 55 DEP
Compatibilidad electromagnética (EMC) 272 véase Directiva sobre equipos de presión
Comunicaciones 380 Deposiciones 251, 263, 268
Condiciones atmosféricas 274 Deposiciones de magnetita 238
Conductividad de un fluido 116, 122 Deposiciones, en canales 318
Conexiones a proceso (higiénicas) 226 Depósitos 35
Conexiones de abrazadera (higiénicas) 227 Detección de tubería vacía (DTV) 113, 125
Conformidad 3-A 373 Detectores de tensiones 102
Constante de tiempo 216 Determinación del perfil de corriente por efecto
Constante del contador 43 Doppler acústico
Contador corriente (velocidad del caudal) 168 Método ADCP 168, 170, 175, 186
Contador de caudal 239, 241 Diagrama de Mollier 420
Contador de caudal energético. 239 Diagrama de Moody 25
Contador de molinete 81 Diagramas
Contador de tornillo helicoidal 83 véase Nomogramas
Contador volumétrico de tipo tornillo 83 DIN 374
Contadores de caudal másico de efecto Dirección del caudal 302
Coriolis 138 Direcciones de Internet (para estándares) 325
Contadores de émbolo alternativo 83 Directiva sobre equipos de presión 367
Contadores de émbolo giratorio (PD) 82 Directivas
Contadores de gas 83 véase Normas estándares
Contadores de gas de émbolo giratorio 302 Disco de nutación 81
Contadores de inserción (sondas) 195 Discos de diafragma, modelos 59
Contadores de ruedas de engranaje ovaladas 81
Contadores de turbina 88 E
Contadores Woltmann 92 Ecuación de Bernoulli 23
Contención, secundaria (Coriolis) 256 Ecuación de continuidad 22
Contenedor de pesado (calibración) 400 Ecuaciones de descarga (canales) 158
Control, básico en campo 395 Efectos de instalación, razones para ello 258
Coriolis, Gaspar Gustave 138 EHEDG 372
Corrosión 35, 253 Ejecución del caudalímetro
Corrosión, lista de resistencia a la Comparación de tipos de caudalímetros 413
corrosión 437 El efecto Doppler (con ultrasonidos) 127
Coste de tenencia en propiedad 306, 310 Elección de caudalímetros
Costes Algunos comentarios introductorios 294
Calibrado 306 Aspectos económicos 304
453
Canales abiertos 312 Estrechamientos (contadores DP), diseños 57

Condiciones de entorno 302 Euler, Leonhard 12
Coste de tenencia en propiedad 310 Expansores (para tuberías) 266
Instalación 301 Expansores de tubería 266
Propiedades del dispositivo 307 Ex-zona, clasificación 346
Propiedades del fluido 300
Software Applicator 320 F
Tabla de selección 298 Factor de corrección (rugosidad de la
Valoración 312 tubería) 433
véase Elección de caudalímetros Factor K de sensibilidad 43
Elección del caudalímetro Faraday, Michael 110–111
Definición de la aplicación 295 FDA (Food and Drug Admin.) 372
Procedimiento 294 FieldCheck (verificador, simulador) 410
Electrodo de referencia 113 Filtros y cedazos 270
Electrodo tierra 113 Flotadores (medición del nivel del agua) 160
Electrodos Fluidos marcadores
Electrodo de detección de tubería vacía 113 véase Medición con trazadores
Electrodo de referencia 113 Fluidos multifásicos 262
Electrodo tierra 113 Fluidos newtonianos 28, 249
Electrodos de medición 113 Fluidos problemáticos 251
Electrodos de medición 113 Fluidos, problemáticos 251
Electroelongámetros 175 Flujo
Electromagnética, inducción 110 constante uniforme 47
Electroquímica, interferencia 114 laminar 30
Elementos básicos, diseños 57 no constante y no uniforme 47
Embotellado 204 no uniforme 47
EMC 272, 332 rápido, supercrítico 48
Encapsulación (Ex) 351 tranquilo, subcrítico 48
Enderezadores 270 turbulento 30
Entalpía 237, 420 Flujo en canales abiertos 46
Entrada auxiliar 192 Flujo laminar 30
Entrada de conmutación 192 Flujo rápido 48
Entrada de corriente 192 Flujo subcrítico 48
Equipos a dos hilos 381 Flujo supercrítico 48
Error 42 Flujo tranquilo 48
Error de medición 42 Flujo turbulento 30
Esclusa Cipoletti 164 Flujo, bifásico 44
Esclusa compuesta 164 Flujos bifásicos 44
Esclusa en V 164 Formación de remolinos, nomogramas 419
Esclusa rectangular 164 FOUNDATION Fieldbus 393
Esclusa trapezoidal 164 Frecuencia de resonancia 139, 244
Esclusas 163 Froude, número de 47
Especificaciones del contador 412 Fuente de alimentación 193, 276
Estándar nacional (calibración) 404 Fuentes de ignición 344
Estándares de referencia (calibración) 404 Funcionamiento 281
Estándares relativos a las bridas 374 Funciones de densidad 246
Esterilización SIP 282
454
G Ley de la conservación de la masa 24

Gas en líquidos 300 Ley de Mariotte 37
Gas, estaciones de servicio 212 Leyes de los gases 37
Gases ideales 38 Límites de error en control legal de pesos y
Gases, propiedades físicas 428 medidas 222
Generación de campo magnético con corriente Límites del error 42
alterna 117 Limpieza CIP 282
Generación de un campo magnético 116 Linealidad 41, 308
GNC (gas natural comprimido) 212 Líneas de señal eléctrica (contadores DP) 64
GPBP 283 Líquidos “otros que el agua” 220
GPL (gas de petróleo licuado) 212 Lista de comprobaciones
GPL (gas licuado) 212 Especificaciones del contador 412
Gradiente, canales abiertos 318 Instalación 276
Grupos de dispositivo (Ex) 346 Lista de resistencia a la corrosión (de
Grupos de gases (Ex) 355 materiales) 437
Lubricidad 35
H
Hidrógeno combustible 214 M
Hidrógeno, combustible 214 Maestro-esclavo (calibración) 401
Humedad 273 Mantenimiento
Calibración a pie de instalación 282
I Calibración rutinaria 284
Igualación de potenciales Costes 306
Impulsos del caudal 212, 215, 261 Esterilización SIP 282
Incertidumbre 42 Inspección de la tubería 281
Incertidumbre en la medición 42 Limpieza CIP 282
Industria alimentaria 225 Lubrificación 282
Inmersión en aceite (Ex) 350 Marca CE 330
Instalación eléctrica 274 Marcadores de fluido
Instalación, costes 304 véase Medición con trazadores
Instalación, eléctrica 274 Materiales de las juntas 226
Instalación, lista de comprobaciones 276 Materiales inflamables 355
Interferencia electroquímica 114 Materiales, lista de resistencia a la
Interferencia, eléctrica 272 corrosión 437
Interferencias eléctricas 272 Medición con trazadores 177
ISO 374 Medición de caudal, normas estándares 324
Isotachs 46, 259 Medición de caudales calóricos 236
Medición de caudales en canales abiertos
J
Canalizos 161
JSA, JIS 374
Directivas de selección 312
L Ecuaciones de descarga 158
La medición de caudales, aspectos Esclusas 163
generales 15 Introducción 158
La medición de caudales, su historia 12 Medición con trazadores 171
Leonardo da Vinci 12, 98 Medición de niveles 160
Ley de Boyle 37 Método de los caudales diferenciales 165
Ley de Gay-Lussac 37 Método de medición ADCP 168
455
Normas estándares 314, 327 Rugosidad de la tubería, factor de

Principio de medición 159 corrección 433
Tuberías parcialmente llenas 168 Vapor, velocidades del fluido 422
Medición de caudales en flujos sólidos 185 Velocidad del fluido / Ritmo de circulación
Medición de caudales másicos del caudal 417
Principio de medición por efecto Velocidad del fluido económica 436
Coriolis 138 Viscosidad cinemática – temperatura
Principio de medición térmico 149 (líquidos) 425
Medición de caudales másicos de gases 240 Viscosidad, cinemática (gases) 426
Medición de caudales másicos de vapor 240 Nomogramas de caudal 417
Medición de densidades (efecto Coriolis) 244 Normas estándares
Medición de niveles 160 Accesorios para tuberías 377
Medición de temperaturas (calor) 238 Aplicaciones alimentarias 372
Medición del nivel del agua 160 Bridas 374
Medición multicamino 130, 136 Calibración 403
Mercados para los caudalímetros 18 Canales abiertos 314
Método de los caudales diferenciales 165 CFR, 21 CFR 373
Método del burbujeo (medición de Conformidad 3-A 373
niveles) 160 Direcciones de Internet 325
Método gravimétrico (calibración) 400 Directiva sobre equipos de presión 367
Método integral (trazador) 177 EHEDG 372
Método volumétrico (calibración) 400 EMC 332
Métodos de pesado 175 Fármacos 372
Métodos de tiempo de tránsito FDA (Food and Drug Admin.) 372
(trazadores) 177 Marca CE 330
Métodos por disolución, trazadores 177 Medición del caudal 324
Microprocesadores 18, 381 Niveles de protección (IP, NEMA) 337
Modelos de flotador (contadores SV) 74 Protección contra riesgo de explosiones 343
Modelos higiénicos 225 Seguridad del dispositivo 329
Multifases, fluidos 262 SIL (nivel de seguridad integral) 361
Número de Froude 47
N Número de Reynolds 29
Nivel de protección IP 337 Número de Strouhal 98
Nivel de protección NEMA 337
Niveles de protección (IP, NEMA) 337 O
Nomogramas Obstrucciones laterales (esclusa) 164
Curvas de descarga (en tuberías) 169 OIML 219, 324, 371, 406
Diagrama de Mollier 420 Orientación de los caudalímetros 271
Diagrama de Moody 25
Frecuencia de formación de remolinos 419 P
Gases (densidad y presión) 429 Pérdida de carga 26, 308
Número de Reynolds / Viscosidad 424 Pérdida de carga (nomogramas) 431, 435
Pérdida de carga (longitud de tubería Perfil de flujo 30
equivalente) 435 Perfil de velocidades 46, 259
Pérdida de carga (Prandtl-Colebrook) 431 Perfil del caudal 259
Ritmos de circulación de caudales de vapor Piezas de repuesto, costes 306
saturado 423 Pitot, Henry 64
456
Plan para casos de avería 286 Protección por aislamiento (IP, NEMA) 337
Plan para casos de disfunciones 286 Protocolo HART 384
Planes migratorios (sustitución del Puesta a tierra 274
dispositivo) 289 Purga (Ex) 350
Plato, grados (función de densidad) 247
Posición crítica (contadores de inserción) 197 R
Prandtl-Colebrook (nomogramas) 431 Recalibrado, periódico 220
Precinto (operaciones de trasiego) 221 Reductores (para tuberías) 265
Precio de adquisición 304 Reductores de tubería 265
Precisión 40 Registros electrónicos 235
Presión 34, 300 Relación de diámetros (contadores DP) 55
Presurización (Ex) 350 Relé 192
Principio de medición Relleno granulado (Ex) 349
ADCP (por ultrasonidos) 175 Remolinos (en tuberías) 260
Análisis de correlaciones cruzadas 182 Repetibilidad 41
Canalizos 161 Reproducibilidad 41
Cintas de pesado 185 Resonancia magnética nuclear 176
Coriolis 138 Respuesta de señal 193
Desplazamiento positivo 78 Revestimiento 113
Electromagnéticos 110 Revestimiento del tubo de medición 113
Esclusas 163 Reynolds, número de 29
Medición con trazadores 177 Ritmo de muestreo (mps) 210
Medición de caudales en canales Ritmos de circulación de caudales de vapor
abiertos 158 saturado 423
Medición de caudales en flujos sólidos 185 Rozamiento en la tubería 25
Método de los caudales diferenciales 165 Rozamiento en tuberías 25
Métodos de pesado 175 Rugosidad 268
Presión diferencial 54 véase Rugosidad de la tubería
Resonancia magnética nuclear 176 Rugosidad de la tubería 26, 268
Sección variable 72
Térmicos 149 S
Tubos de Pitot 62 Salida de conmutación 192
Turbinas 88 Salida de corriente 192
Ultrasonidos 127 Salida de frecuencia 192
Velocímetro láser de efecto Doppler 181 Salida de impulso 192
Principios de medición, aspectos generales 15 Salto hidráulico 49
Principios de medición, clasificación 52 Salto, hidráulico 49
Procesos de medición de caudal Sedimentación (canal abierto) 316
Terminología 40 Seguridad del dispositivo 329
Productividad 19 Seguridad incrementada (Ex) 351
PROFIBUS 390 Seguridad intrínseca (Ex) 352
Programa de diseño de especificaciones Señales analógicas 382
(Applicator) 320 Señales de entrada 191
Programa de selección (Applicator) 320 Señales de salida 191, 309
Propiedades de los fluidos 34 Señales digitales 382
Propiedades del fluido 300 Sensor DSC (contador de remolinos) 103
Protección contra riesgo de explosiones 343 Sensores de fijación externa 129
457
SIL (nivel de seguridad integral) 361 Tubo de Prandtl 64

Sistema de bobinas (contadores Tubos / boquillas de Venturi 60
magnéticos) 113 Tubos de Pitot 62, 64
Sistema de equilibrio por torsión 144 Turbulencia (en tuberías) 260
Sistemas de medición de tubo doble
(Coriolis) 142 V
Sistemas de medición de tubo simple Valores de rugosidad de una tubería 433–434
(Coriolis) 143 Válvulas 268
Sistemas fieldbus 388 Válvulas de cierre (contadores DP) 64
Sólidos 251, 263 Válvulas, control manual 75
Sondas (contadores de inserción) 195 Vapor saturado 242
Strouhal, número de 98 Vapor, velocidades del fluido 422
Suministro de combustibles a vehículos Variables de medición 191
automóviles 212 Variación del flujo 49
Supresión de caudal residual 210 Velocímetro láser de efecto Doppler 181
Supresión del golpe de ariete 211 Verificación en campo (calibración) 409
Sustitución del dispositivo 289 Vibraciones 273
Vibraciones de la tubería 273
T Viscosidad
Tablas para alcoholes 247 Cinemática (gases) 426
Temperatura 34, 272, 300 Cinemática (líquidos) 425
Temperatura ambiente 272, 302 Introducción, teoría 27
Temperatura de referencia 238 Medición (Coriolis) 248
Temperatura del fluido 238, 300 Unidades, conversión 427
Temperatura del fluido, máxima 437 Viscosidad cinemática
Thürlemann, Bonaventura 110, 115 Definición, teoría 28
Tiempo de respuesta 309 Gases (nomograma) 426
Tiempo de retorno de la señal (de Líquidos (nomograma) 425
ultrasonidos) 129 Viscosidad del fluido 27
Tiempos de amortización 19 Viscosidad dinámica 28
Tipo 300 Volumen normalizado 38, 240
Tipo de fluido 34 VSM 374
Tipo de señal 192
Tipos de protección contra ignición 346 Z
TMEF (tiempo medio entre fallos) 306 Zona (Ex) 346
TMR (tiempo medio de reparación) 306 Zona de turbulencias de Kármán 99
ToF-Tool 173 Zonas de riesgo 343
Toma de tierra
véase Puesta a tierra
Tramos de entrada y salida 302
Tramos de salida y entrada 302
Transmisores 190
Trasiego 239
Trazabilidad (calibración) 404
Tuberías ferromagnéticas 113
Tuberías parcialmente llenas 168
Tuberías, estándares 377
458

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Medición de caudal

E ditor E ndress+H auser Flowtec AG , C H - 4153 Reinach/ BL

Depósito legal: B-32045-05

E+H Medición de caudal Índice de contenidos

3 Principios de medición de caudales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

Índice de contenidos E+H Medición de caudal

4 Aplicaciones especiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189

6 Funcionamiento y mantenimiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279

7 Elección de caudalímetros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293

E+H Medición de caudal Índice de contenidos

Selección según las características técnicas del contador . . . . . . . . . . . . . . . . 307

8 Normas estándares y certificados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 323

9 Comunicaciones digitales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 379

10 Calibración y verificación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 397

Índice de contenidos E+H Medición de caudal

11 Apéndice – Diagramas – Tablas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 411

E+H Medición de caudal Prefacio

Prefacio E+H Medición de caudal

Sobre los contenidos de este manual

E+H Medición de caudal Prefacio

La sección “Instalación” es completamente nueva. Los contadores se ubican a menudo en

Prefacio E+H Medición de caudal

Como ya mencionamos en la primera línea, esta edición del “Manual de caudalimetría”

Historia de la medición de caudal

fueron Venturi, en Italia, y Woltmann, en Alemania. Hoy, dos tipos de caudalímetros

Aspectos generales de la medición de caudal

“Condiciones de trabajo” para los caudalímetros

Diámetros nominales (diámetro de 0,1 mm a 15 m (0,004 pulgadas a 50 pies)

Presiones Vacío a 3.000 bar (43.500 psi)

Temperaturas –250 a +800 °C (–418 a +1.470 °F)

Fluidos (medio) líquidos, gases, vapor de agua,

En canales abiertos (canales, ríos, etc.)

Tamaños de línea 50 mm (2 pulgadas) a “tamaño de río”, corrientes

Temperaturas temperatura ambiente normal

Medición de caudal (en tuberías cerradas) 70%

Métodos directos Métodos indirectos Métodos directos Métodos indirectos

Turbina Sistemas de pesado

Vortex Contadores para sólidos

Medición de caudal (en líneas abiertas / canales) 30%

Canales Vertederos Otros métodos

Rectangulares Empleo de métodos de

Khafagi Trapezoidales Electromagnéticos

Trapezoidales Compuestas Contadores para sólidos

Mercados para los caudalímetros, hoy y mañana

afirmar que el mercado crece a razón de un 2 a un 4% por año, según la situación

Desplazamiento positivo Coriolis

• Menos desperdicios, menos paros de producción e interrupciones del proceso y menos

Las comunicaciones por Internet y sin cable constituyen un nuevo paradigma en

K Energía cinética (energía del flujo)

Fig. 5: Representación gráfica del significado de la ecuación de Bernoulli.

1. directamente proporcional a la longitud de la tubería,

El “coeficiente de rozamiento de la tubería” (λ) que se ha añadido en la ecuación anterior

λ Comportamiento totalmente turbulento

Fig. 6: Diagrama de Moody (λ = coeficiente de rozamiento de la tubería, d = Diámetro de la tubería,

El coeficiente de rozamiento (λ) y la rugosidad de la tubería (k) son elementos importantes

En realidad, algunos nomogramas especiales permiten estimar las pérdidas de carga en

Es de la mayor importancia calcular las pérdidas de carga correctamente, pues de otro

Fig. 7: Concepto de viscosidad.

Fluidos newtonianos / fluidos no newtonianos:

v Velocidad del fluido