Un caudalímetro es un instrumento que mide el caudal o flujo de un fluido en una tubería. Los más comunes son los de presión diferencial, que miden la diferencia de presión causada por restricciones como placas de orificio, toberas o tubos Venturi. Estos instrumentos se basan en ecuaciones como la de continuidad, Bernoulli y conservación de la masa para relacionar la presión diferencial con el caudal volumétrico o másico del fluido.

2. Que es un Caudalimetro?
 Un caudalímetro es
un instrumento de medida para
la medición de caudal o gasto
volumétrico de un fluido o para
la medición del gasto másico.
 Estos aparatos suelen
colocarse en línea con
la tubería que transporta el
fluido.
 También suelen
llamarse medidores de
caudal, medidores de flujo o
flujómetros

3. Aspectos Generales de la Medición de Caudal

4. Caudalimetros y métodos
empleados para la
medición de caudal de
uso habitual
Los caudalimetros en
tuberías cerradas – en
relación con los canales
abiertos –constituyen las
aplicaciones mayoritarias

5. La mayoría de
caudalimetros
miden el volumen
de flujo o la
velocidad de fluido

6. Terminología de Caudal
La naturaleza de un caudal
Todos los caudalímetros se ven influenciados en
cierto grado por el flujo que van a medir y por el
modo cómo este fluye en la tubería o el canal.
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.
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 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.

7. Número de Reynolds
El número de Reynolds relaciona la densidad, viscosidad, velocidad y dimensión
típica de un flujo en una expresión adimensional, que interviene en numerosos
problemas de dinámica de fluidos.
donde:
: densidad del fluido
V: velocidad característica del fluido
D: diámetro de la tubería a través de la cual circula el fluido
μ: viscosidad dinámica del fluido
Si Re <2000 el flujo es laminar
Si Re> 4000 el flujo es turbulento
Si 2000 <Re <4000 se llama flujo de
transición.

8. Terminología de Caudal
Tres leyes básicas rigen la naturaleza de
un fluido:
- La ecuación de continuidad
- La ecuación de Bernoulli
- La conservación de la masa

9. La Ecuación de Continuidad
Representación gráfica del significado de la ecuación de
continuidad para fluidos incomprensibles
Esta ley se refiere a la velocidad del volumen del 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 si la densidad es constante, como
es el caso de los líquidos.

10. La Ecuación de Bernoulli
Representación gráfica del significado de la ecuación de Bernoulli
Esta ecuación describe la relación
entre los diferentes estados de
energía de un caudal.
Tres tipos de energía:
• Energía potencial, dos
componentes:
- Energía dependiente de la
posición “Z” (presión hidrostática
entre dos niveles de tuberías
diferentes, conocido como
elevación)
- Energía dependiente de una
presión externa “P” (presión en una
tubería de agua producida por
bombeo)
• Energía cinética “k” (energía por la
circulación del fluido, velocidad del
caudal)

11. 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 .
.
m : Caudal másico.
A : Área de la sección transversal.
: Densidad del fluido .
V : Velocidad del fluido .
Esta ley es particularmente relevante para los caudales de gas.
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.

12. Caudalimetros de Presión Diferencial
Principios de Medición de los
Caudalimetros de tipo de paso
reducido
Estos caudalímetros utilizan la
diferencia de presión provocada
por elementos primarios
como:
Placas Orificio
Toberas
Tubos Venturi
Tubos Pitot (no paso reducido)
Estos sensores de presión
diferencial son los mas usados
para la medición de caudal en la
industria por ser los mas simples y
baratos.

13. Caudalímetros de Presión Diferencial
Principio de medición -por paso
reducido
Placas Orificio
Toberas
Tubos / Toberas Venturi

14. Instrumentos de Presión Diferencial
La ecuación de
Bernoulli, se puede
considerar como una
apropiada declaración
del principio de
la conservación de la
energía, para el flujo de
fluidos

15. Instrumentos de Presión Diferencial
Si Pa, Pc y Va, Vc son las presiones
absolutas y velocidades en la zona
anterior a la placa donde el fluido
llena todo el conducto y en la vena
contraída respectivamente, y Sa, Sc
son las secciones correspondientes,
resulta:

17. E es el coeficiente de
aproximación
(dependiente de la
relación de β)
Vc es la velocidad del
fluido en la vena
contraída

18.  El caudal volumétrico viene dado por la siguiente
formula :
 El caudal másico viene dado por la siguiente
formula :

19. Formula para fluidos compresibles
 La expresión final que se obtiene es parecida a la de los
fluidos incompresibles introduciendo un coeficiente
experimental de expansión Є para tener en cuenta la
expansión ocurrida durante la aceleración del flujo.
 La fórmula también se ve afectada por un coeficiente
adicional C llamado «coeficiente de descarga» con lo cual.

20. La pérdida de carga residual
depende de la razón entre los
diámetros β y en consecuencia de
la geometría particular del
estrechamiento
Está pérdida de carga ω, sin
embargo es considerablemente
inferior a la presión diferencial p.
La pérdida de carga en
una tubería o canal es la
pérdida de energía dinámica
del fluido debido a la fricción de
las partículas del fluido entre sí
y contra las paredes de la
tubería que las contiene.
Las pérdidas pueden ser
continuas, a lo largo de
conductos regulares, o
accidentales o localizadas,
debido a circunstancias
particulares, como un
estrechamiento, un cambio de
dirección, la presencia de
una valvula,etc

21. Modelos de placa orificio
a. Placa orificio una pieza
b. Placa orificio dos piezas
c. Modelo con toma en brida
d. Tramo de medición compacto
con tomas de brida
e. Placa orificio para inserción
entre dos bridas
f. Modelo con tomas en tubería a
distancia D y D/2
Las placas orificio son eficientes y se
usan en particular para medir caudales de
gas y vapor, pero también se pueden
utilizar con líquidos.
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.

22. Tubos / toberas Venturi
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.
Desventajas:
• Mayores longitudes en general.
• Costes de instalación y mantenimiento
superior.
• Los diámetros nominales grandes presentan
problemas de manejo (un mayor peso muerto
en el transporte).
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.
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.

23. Toberas
La presión se detecta en tubos o ranuras
anulares, de modo muy parecido al
caso de las placas orificio.
Las Toberas son un buen
instrumento entre los tubos Venturi y
las placas orifico porque combinan un
diseño compacto con unas pérdidas
de presión razonablemente bajas.
Hay dos tipos de toberas según ISA
1932 y toberas de radio largo según ISO
5167-1/A1
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.

24. Principio de medición – Tubos Pitot
Modelo de puerto Múltiple
El detector atraviesa todo el diámetro
de la tubería y las hendiduras están
distribuidas para que representen un
promedio de la velocidad del fluido.
Los tubos de 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.
El elemento medidor, un detector en forma
de varilla, tiene una o varias hendiduras en
la parte anterior y en la parte posterior,
conectadas a un transmisor de presiones
diferenciales por dos canales
independientes.
Las hendiduras en la parte anterior
registran la carga total de presión ( Pdin +
Pestat).
Las hendiduras en la parte posterior sólo
detectan la Pestat. En lo tanto, la presión
diferencial entre la parte anterior y la parte
posterior corresponde a la Pdinámica de la
tubería.

25. aplicaciones
Medición de
un gas
condensado
con un tubo
de Pitot

26. Placas orificio en uso
Medición de agua caliente Medición del caudal en un
sistema de refrigeración