Los caudalímetros de desplazamiento positivo son instrumentos de flujo volumétrico que miden el flujo pasando un volumen preciso de fluido con cada revolución.

Son instrumentos de precisión, cuyos componentes móviles internos se deslizan hidráulicamente en conjunto con el volumen de fluido que se mueve a través del medidor de flujo. Los caudalímetros de desplazamiento positivo pueden medir flujos intermitentes, caudales muy bajos y líquidos de casi cualquier viscosidad. Cuando fluye el fluido, los caudalímetros de desplazamiento positivo se mueven instantáneamente. Y cuando el líquido se detiene, el medidor se detiene.

Moverse en conjunto con el fluido también significa que las mediciones no se ven afectadas por la viscosidad, la densidad o la turbulencia del líquido en la tubería. Cada volumen medido de fluido está separado de forma única del siguiente por un sello de líquido sin fricción. La efectividad del sellado es una función de la precisión de fabricación, así como la facilidad de rotación de los componentes del medidor. Los mismos espacios reducidos que hacen que las piezas de precisión funcionen también significan que deben medirse fluidos relativamente limpios.

Los materiales de construcción varían ampliamente y permiten que la familia de caudalímetros de desplazamiento positivo sea capaz de medir una amplia variedad de líquidos de proceso. Su alta precisión ha permitido que los caudalímetros de desplazamiento positivo sean aceptados universalmente para aplicaciones estándar de facturación y transferencia, como el suministro de gasolina, fuel oil y medición de gas natural o agua.

Existe una variedad de métodos para proporcionar señales de salida y lecturas. Los medidores de desplazamiento positivo tienen la capacidad de ofrecer un conteo simple (una vez por revolución) a señales equivalentes de codificador de alta resolución, que pueden tomar más de 4000 mediciones por revolución. Debido a que estas mediciones no son sensibles a los cambios de presión, temperatura o viscosidad, el factor K del medidor generalmente no necesita ser compensado durante su uso.

La precisión y el rango de operación, o la rangeabilidad, varían ampliamente según el tipo y el fabricante, pero la mayoría de caudalímetros tienen una precisión comprendida entre el 0,1% y el 1,0% de la lectura, con una rangeabilidad que varía de 10:1 a 200:1 o más. Debido a su alta precisión, los caudalímetros de desplazamiento positivo son los medidores más utilizados para aplicaciones de transferencia de custodia.

Con una variedad tan grande y un rango operativo tan diverso, los precios de los caudalímetros de desplazamiento positivo pueden variar ampliamente. Un simple caudalímetro de agua para su hogar puede costar menos de 100 €, mientras que los precios de los caudalímetros más sofisticados y grandes pueden ascender a varios miles de euros.

Fig. 1 Coste de un caudalímetro de desplazamiento positivo

Los caudalímetros de desplazamiento positivo son una tecnología establecida que cubre el espectro de dispositivos de medición, desde algunos de los más extendidos, fáciles de usar y más asequibles, como los medidores de pistón rotatorio o de disco nutante, hasta algunos de los medidores de mayor precisión, exactitud y resolución disponibles hoy en día, como son los caudalímetros de pistón alternativo de Max Machinery. Los nuevos materiales, las nuevas técnicas de fabricación, como la aditiva, y la nueva tecnología de detección electrónica, como la de efecto hall de alta resolución, continúan manteniendo la idea básica de medir un volumen conocido de fluido a la vanguardia de la industria de medición de fluidos.

Hay muchos tipos de medidores de flujo de desplazamiento positivo, entre los que se incluyen: pistón alternativo, pistón oscilante o rotatorio, tipos birrotor (engranaje recto, engranaje ovalado, engranaje helicoidal, paleta giratoria) y disco nutante (placa oscilante). A continuación se enumeran algunos ejemplos:

Caudalímetros de desplazamiento positivo de pistón

Los caudalímetros de pistón son del tipo de pistón único y de pistón múltiple. Funcionan mediante rotación, oscilación o movimiento alternativo. Para cualquier movimiento, los pistones desplazan el fluido de la misma manera que funciona una jeringa. Cada desplazamiento de pistón captura la misma cantidad de líquido.

Caudalímetros de desplazamiento positivo de pistón oscilante

Habitualmente empleado en el servicio de agua residencial y para medir combustibles relativamente viscosos, estos medidores tienen un diseño de pistón único que oscila entre los puertos de entrada y salida a medida que circula el fluido. La salida de medición generalmente se logra al tener un imán instalado en el pistón y un transmisor capta el cambio en el campo magnético a medida que el pistón se mueve.

Caudalímetros de desplazamiento positivo de pistón alternativo

Normalmente conectados a través de un cigüeñal y puertos de apertura y cierre en el cilindro, los medidores de pistón alternativo actúan de manera similar a los motores de pistón que impulsan la mayoría de los automóviles y camiones. La salida del sensor generalmente se maneja desde el cigüeñal giratorio y puede ser mecánica, eléctrica, óptica o magnética. Estos medidores se utilizan principalmente para medir caudales muy bajos, hasta 0,005 cc / min.

Fig.2 Esquema de funcionamiento caudalímetro de desplazamiento positivo de pistón alternativo

Caudalímetros de desplazamiento positivo de engranajes

Los medidores de flujo de engranajes utilizan dos engranajes redondos, montados en compartimentos superpuestos. El fluido medido queda atrapado en los huecos de los dientes del engranaje y se transporta desde el puerto de entrada al de salida a medida que el flujo de fluido hace que los engranajes giren.

Fig.3 Esquema de funcionamiento caudalímetro de desplazamiento positivo de engranajes

Los medidores de engranajes ovalados tienen dos engranajes giratorios de forma ovalada, con dientes sincronizados y ajustados. Una cantidad fija de líquido pasa a través del medidor por cada revolución.

Los medidores de flujo helicoidales (engranajes) utilizan dos rotores en forma de tornillo para cortar la corriente de fluido en volúmenes de desplazamiento fijo. La orientación de los rotores está en línea con la trayectoria da la corriente del fluido. Estos caudalímetros giran con una caída de presión muy baja y pueden girar a altas rpm, lo que los hace precisos en amplios rangos de flujo y compatibles con aplicaciones de fluidos de muy alta viscosidad.

Fig.4 Esquema de funcionamiento caudalímetro de desplazamiento helicoidales 

Otros caudalímetros de desplazamiento positivo

Los caudalímetros de paletas giratorias constan de impulsores giratorios divididos, equitativamente, en dos o más compartimentos dentro de las carcasas del medidor. Los impulsores están en contacto continuo con la carcasa. Un volumen fijo de líquido se arrastra a la salida del medidor desde cada compartimento a medida que gira el impulsor.

Los caudalímetros de disco nutante tienen un disco móvil montado en una esfera concéntrica ubicada en cámaras esféricas de paredes laterales. La presión del líquido que pasa a través de la cámara de medición hace que el disco se mueva (bamboleo) en una trayectoria de circulación, sin girar sobre su eje. El disco / esfera es la única parte móvil en la cámara de medición.

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