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Hidráulica & Termofluidos
© UNMSM. Facultad de Ciencias Físicas
ISSN versión impresa 1810-8369

Hidráulica y termofluidos 1999; 1 (1): 5-6


EL MEDIDOR DE CAUDAL DE ULTRASONIDO, VENTAJAS Y FUNCIONAMIENTO


Ing. Percy Lature Bustamante


Desde inicios de la década Sedapal viene apostando por una nueva tecnología para la medición del agua en tuberías matrices, se trata de los medidores de ultrasonido del tipo tiempo en tránsito.

Dentro de las ventajas de este tipo de medidores podemos enunciar las siguientes: a) Al no tener partes móviles como los medidores de turbina han llegado a quintuplicar su periodo de vida; b) No son susceptibles a taponamientos como los medidores de sonda de presión diferencial; c) Por su principio de funcionamiento y a diferencia de los medidores electromagnéticos no son afectados por corrientes vagabundas, d) Se usan en diámetros de 2" a 200", e) La medición se desarrolla independiente del tipo de fluido y/o sus parámetros; f) Su precisión llega hasta 0.05% del rango del flujo medido, significativamente mejor que otros medidores.

Estas tres últimas características han hecho que este tipo de medidores a nivel mundial sean los más usados tanto por las empresas distribuidoras de agua y sobre todo en la industria.

Los medidores de ultrasonido para canalizaciones presurizadas cuentan con una unidad electrónica de procesamiento y dos sondas o transductores conectados a la tubería y a pesar de la complejidad de sus circuitos electrónicos, el principio de funcionamiento es sencillo, reposando en la emisión y recepción de las ondas ultrasónicas por las sondas (transductores), las mismas que deben estar situadas a cada lado de la tubería y a una distancia proyectada igual al diámetro de la misma (Fig. N.°1).

El tiempo de trayecto de la sonda S2 hacia la sonda S1, es evidentemente más importante que el de la sonda S1 hacia la sonda S2, ya que va en contracorriente del flujo.

La diferencia del tiempo de trayecto permite calcular la velocidad del flujo en la tubería y por vía de consecuencia el caudal. 

A continuación se demuestra el método de cálculo empleado por el medidor de ultrasonido.

q 45°
D =  Diámetro de la tubería
L =  Longitud que separa las sondas
T1-2 Tiempo de trayecto de la sonda 1 a la sonda 2
T2-1 Tiempo de trayecto de la sonda 2 a la sonda 1
T =  Tiempo de trayecto promedio
V =  Velocidad del agua
C =  Velocidad de propagación del sonido en el agua

Sean los tiempos de trayecto de la onda ultrasónica de la sonda 1 a la 2 y viceversa, definidas por:

T1-2         L        
---------------

(1)

C + V*cosq

 

T2-1       L    
--------------

(2)

C - V*cosq

Si definimos:

DT = 

T2-1 - T1-2 

(3)


reemplazando (1) y (2) en (3):

DT = 

 2*L*V*cosq
----------------

(4)

C2 - V2*cos2q

como, V2*cos q << C2 entonces en el denominador de (4):

C2 - V2 * cos2q  

= C2 

(5)

del gráfico :

L*cosq  

= D

(6)

reemplazando (5) y (6) en (4), tenemos:

DT = 

2*V*D 
---------------

(7)

C2

Despejando V:

V = 

C2 * D
----------------

(8)

2*D

Por otro lado, el tiempo de trayecto promedio puede escribirse:

T = 

T1-2 + T2-1 
-------------------------

(9)

2

Reemplazando (1), (2), (5) y (6) en (9):

T =

    L   
-----------

C

Despejando C:

C =

    L    
----------

(10)

T

Reemplazando (10) en (8):

V = 

L2 * DT
------------------

(11)

2 * D * T2

De esta última ecuación podemos deducir lo siguiente:

a) El caudalímetro calcula T y DT y los parámetros L y D, vienen dados por la característica propia de cada tubería.

b) La precisión del medidor radica en la medición de la diferencia del tiempo de trayecto de la onda ultrasónica de una sonda a otra.

c) Si se tiene en cuenta que el área de la sección circular viene dada por la relación: II*D2/4, fácilmente se puede calcular el caudal.

d) El cálculo de la velocidad es independiente de la presión, temperatura y viscosidad del fluido.

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* SEDAPAL S. A.

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