Dimensionamiento de medidor de caudal

Lo que dimensiona el medidor es la velocidad, no el caudal

El caudalímetro electromagnético mide la tensión inducida en un líquido conductor que atraviesa un campo magnético. Esa tensión es proporcional a la velocidad media, no al caudal volumétrico. Los mismos 60 m³/h dan 2,1 m/s en un sensor DN100 y 0,53 m/s en un DN200 — y el sensor mayor, con el mismo caudal, trabaja con una señal cuatro veces más débil.

Por eso el primer paso de la herramienta es la ecuación v = (Q/3600)/(π·(D/1000)²/4), evaluada en los dos extremos de la operación. La velocidad en la línea usa el diámetro interno real del catálogo de tubos; la velocidad en el medidor usa el DN nominal, que es el diámetro que de verdad define el sensor. Cada valor se clasifica contra dos rangos: el rango recomendado del tipo de fluido y la envolvente medible de 0,3–10 m/s. Dentro del rango recomendado el resultado es “OK”; entre el rango y la envolvente es “Atención”; fuera de la envolvente es “No apto”.

Tres rangos, y la rangeabilidad que admite cada uno

La herramienta trabaja con tres tipos de fluido tomados de la práctica de fabricantes. El líquido limpio usa 1,5–3,0 m/s. El servicio abrasivo mantiene el mismo piso pero baja el techo a 2,0 m/s para cuidar el revestimiento. El servicio incrustante sube el piso a 2,0 m/s para que el flujo limpie los electrodos.

La consecuencia pasa desapercibida con facilidad. Con un diámetro fijo la velocidad es proporcional al caudal, así que la relación de velocidades entre Qmáx y Qmín es exactamente la rangeabilidad. El rango de fluido limpio admite como máximo 2:1, el de incrustante 1,5:1, el de abrasivo 1,33:1 — y solo si existe un diámetro del tamaño exacto. Una línea de 4” con 30–60 m³/h lo muestra: DN100 da 1,06–2,12 m/s, DN90 da 1,31–2,62 m/s, DN80 da 1,66–3,32 m/s. La rangeabilidad es 2,0, la relación del rango es 2,0, y aun así ningún tamaño de la serie cierra ambos extremos. La herramienta propone el DN80 como el más cercano, lo marca como mejora parcial y avisa que el límite es la rangeabilidad, no el diámetro.

La línea manda; el barrido propone el remedio

Por defecto el medidor se instala en el diámetro de la línea. La herramienta barre entonces toda la serie de DN, de DN15 a DN2000, y puntúa cada diámetro con una penalización en la que quedar por debajo del piso pesa tres veces más que superar el techo. La velocidad baja es la que arruina la medición; la alta es desgaste que se puede vigilar.

Un diámetro menor se propone cuando de verdad reduce esa penalización. Un diámetro mayor solo se propone con exceso material: la velocidad máxima en el diámetro de la línea debe superar el techo en más de un 30 % (3,9 m/s en fluido limpio) o salir de la envolvente de 10 m/s. Una línea de 4” con 266 m³/h, sin caudal mínimo declarado, circula a 9,4 m/s en DN100, y la herramienta propone DN200 a 2,35 m/s. Entre el techo y ese límite la respuesta es un aviso de desgaste, no un expansor.

Cuando el barrido no encuentra nada mejor, la herramienta lo dice. El silencio se leería como “todo está bien”; un “ningún diámetro de la serie lleva la velocidad al rango” explícito le dice al ingeniero que el problema es el rango de operación.

Lo que cuesta un cambio de diámetro

Instalar el medidor en un diámetro distinto del de la línea agrega dos reductores concéntricos, el tramo recto que el fabricante exige alrededor del sensor (aquí ≥ 5×DN aguas arriba y ≥ 2×DN aguas abajo, con la tubería siempre llena) y una pérdida de carga localizada en los reductores que es permanente y debe entrar en el dimensionamiento de la bomba de la línea, no solo en la hoja de datos del instrumento. Por eso una reducción nunca da veredicto “OK”: aun cuando lleva ambos extremos al rango, es una decisión con precio, y el veredicto queda en “Atención” hasta que alguien la acepte.

Lo que esta herramienta no cubre

El dimensionamiento es puramente por velocidad y diámetro, para caudalímetro electromagnético. La herramienta no verifica la conductividad del fluido, no elige material de revestimiento ni de electrodo, no calcula la pérdida de carga de los reductores, no estima la exactitud de la medición a un caudal dado y no elige entre principios de medición (Coriolis, vórtex, ultrasónico, presión diferencial). Tampoco trata gas ni tubería parcialmente llena. Esas verificaciones quedan en la hoja de datos de proceso y en el software de selección del fabricante.

Si la elección recae en un medidor por presión diferencial, el elemento primario se dimensiona con la calculadora de placa de orificio según ISO 5167 — la guía de cómo calcular una placa de orificio muestra la secuencia y la lección de placa de orificio explica la física —, mientras que el lado del transmisor se verifica con la herramienta de exactitud del transmisor de presión diferencial, que también muestra por qué un lazo de dP pierde exactitud tan rápido a caudal bajo.